Le jumeau numérique fait avancer la recherche sur les batteries

Dans un monde de plus en plus dépendant des batteries lithium-ion, un groupe de scientifiques prestigieux propose une réponse originale aux problèmes persistants de sécurité incendie et de dégradation des performances.

Nous allons découvrir comment l’union de la modélisation multiphysique et de la technologie de jumeau numérique promet de révolutionner notre compréhension et notre manipulation des batteries.

La technologie des batteries lithium-ion joue un rôle indispensable dans nos appareils quotidiens, notamment les smartphones et les véhicules électriques. Toutefois, elle se heurte à des défis constants tels que la sécurité en cas d’incendie et les phénomènes de dégradation qui limitent leur durée de vie et leur efficacité.

Une équipe de recherche conjointe, dirigée par le professeur Lee Yongmin du département d’ingénierie énergétique du DGIST (Président Kuk Yang) et le professeur Kim Sungsoo de l’Université nationale de Chungnam (Présidente Lee Jin-sook), a entrepris de résoudre ces défis en se concentrant sur l’optimisation de la conception des batteries.

La technologie de jumeau numérique : une approche novatrice

Les efforts de ces chercheurs ont abouti à l’élaboration d’un modèle sophistiqué qui fait appel à la technologie de jumeau numérique. Ce modèle révolutionnaire est capable de diagnostiquer la structure interne en reproduisant l’arrangement complexe des particules trouvées dans les batteries réelles, au sein d’un environnement virtuel.

Par ailleurs, ce modèle est capable d’isoler et d’examiner les nombreuses particules de taille micrométrique présentes dans l’électrode, éliminant efficacement les facteurs externes qui influent sur les performances de la batterie.

En conséquence, il devient possible de discerner les caractéristiques uniques des matériaux actifs responsables de la production d’énergie électrique, ce qui permet d’obtenir des mesures extrêmement précises. L’équipe de recherche espère que ces résultats ouvriront la voie à la proposition de conceptions de particules optimales.

Des collaborations fructueuses pour des résultats exacts

Pour garantir la précision des résultats des prédictions électrochimiques et mécaniques, l’équipe de recherche a collaboré avec l’Université nationale de Chungnam et l’Université métropolitaine de Tokyo pour mener des expériences de « mesure à la particule unique ».

Ces expériences ont permis une mesure précise des propriétés électrochimiques. De plus, l’équipe a démontré les propriétés mécaniques des particules uniques à l’aide de la technologie de pointe « Nano Indenter » de l’Institut coréen de technologie électronique.

Les implications de cette innovation technologique

Le professeur Lee a souligné l’importance de la technologie de jumeau numérique développée, déclarant : « Grâce à cette recherche, nous avons réalisé des structures de jumeaux numériques qui ressemblent étroitement aux particules réelles et prédisent avec précision les changements de volume pendant le fonctionnement de la batterie. Cette technologie permet non seulement le diagnostic de la dégradation des particules d’électrode, mais aussi offre des opportunités pour optimiser les conceptions afin de surmonter de tels défis.« 

En synthèse

Il est clair que cette nouvelle technologie de diagnostic de la dégradation des électrodes est un pas important dans l’amélioration de la technologie des batteries lithium-ion. Elle promet non seulement d’améliorer la sécurité et la longévité des batteries, mais offre également de nouvelles perspectives en matière de conception optimale des particules.

Cette étude collaborative a impliqué des partenaires de l’Université métropolitaine de Tokyo, dont les professeurs Kiyoshi Kanamura et Hirokazu Munakata, ainsi que le professeur Kim Sung-Soo de l’Université nationale de Chungnam et Dr. Lee Je-Nam de KET. Les résultats de la recherche ont été reconnus par l’honneur prestigieux d’être sélectionnés comme le papier de couverture pour le journal international renommé Advanced Energy Materials. http://dx.doi.org/10.1002/aenm.202204328