Dans le domaine des véhicules électriques, alimentés par de l’énergie électrique stockée, la clé réside dans les batteries rechargeables capables de supporter de multiples cycles de charge. Les batteries lithium-ion ont été le modèle phare pour cette application. En raison de limitations dans la capacité de stockage d’énergie et d’autres défis associés, l’attention s’est tournée vers une alternative intrigante connue sous le nom de batteries à double ion (DIBs).
Les batteries à double ion : une alternative prometteuse
Les batteries à double ion utilisent simultanément des cations de lithium et des anions contre-ion, offrant une densité d’énergie élevée semblable à celle des batteries traditionnelles. Cela leur permet de stocker une quantité substantielle d’énergie.
Elles rencontrent toutefois un obstacle en raison des anions plus grands, provoquant l’expansion et la contraction du matériau d’anode en graphite lors de la charge et de la décharge, ce qui peut conduire à une diminution de la durabilité de la batterie.
Une avancée dans la recherche sur les batteries à double ion
Récemment, une équipe* de recherche collaborative Sud Coréenne dont le POSTECH a abordé les problèmes de durabilité des batteries à double ion grâce à une recherche innovante sur les liants polymères.
La quantité d’énergie stockée par unité de volume. Dans le contexte des batteries rechargeables, la densité énergétique est généralement liée à la tension. Les batteries lithium-ion ont une tension moyenne de 3,7 V, tandis que les batteries bi-ion ont une tension moyenne de 4,5 V, ce qui se traduit par une densité énergétique plus élevée.
Le rôle du liant dans les batteries
Le liant joue un rôle crucial dans la sécurisation de diverses substances chimiques au sein des batteries rechargeables. Dans cette étude, l’équipe de recherche a introduit un nouveau liant polymère qui incorpore des groupes azide (N3-) et des groupes acrylate (C3H3O2).
Les groupes azide forment une liaison covalente robuste avec le graphite grâce à une réaction chimique facilitée par la lumière ultraviolette, assurant l’intégrité structurelle du graphite pendant son expansion et sa contraction.
Parallèlement, les groupes acrylate facilitent la reconnexion entre le graphite et le liant, même si la liaison est interrompue.
Des résultats prometteurs
Les résultats expérimentaux ont montré que les batteries à double ion équipées du nouveau liant développé ont maintenu des performances exceptionnelles, même après avoir subi plus de 3 500 cycles de recharge. Ces batteries ont également démontré des capacités de charge rapide, avec environ 88% de la capacité originale restaurée en seulement 2 minutes.
En synthèse
Le professeur Soojin Park, la force motrice derrière la recherche, a expliqué : « Les batteries à double ion ne sont pas seulement rentables, mais elles exploitent également les ressources abondantes de graphite de la Terre. Cette recherche stimulera une exploration plus approfondie des batteries à double ion, s’étendant au-delà des véhicules électriques à diverses autres applications.»
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une batterie à double ion (DIB) ?
Une batterie à double ion est une alternative aux batteries lithium-ion traditionnelles. Elle utilise simultanément des cations de lithium et des anions contre-ion, offrant une densité d’énergie élevée. Cela leur permet de stocker une quantité substantielle d’énergie.
Quels sont les défis associés aux batteries à double ion ?
Les batteries à double ion rencontrent un obstacle en raison des anions plus grands, provoquant l’expansion et la contraction du matériau d’anode en graphite lors de la charge et de la décharge, ce qui peut conduire à une diminution de la durabilité de la batterie.
Quelle est la solution proposée par l’équipe de recherche ?
L’équipe de recherche a introduit un nouveau liant polymère qui incorpore des groupes azide et des groupes acrylate. Les groupes azide forment une liaison covalente robuste avec le graphite, assurant l’intégrité structurelle du graphite pendant son expansion et sa contraction. Parallèlement, les groupes acrylate facilitent la reconnexion entre le graphite et le liant, même si la liaison est interrompue.
Quels sont les résultats obtenus avec le nouveau liant ?
Les résultats expérimentaux ont montré que les batteries à double ion équipées du nouveau liant développé ont maintenu des performances exceptionnelles, même après avoir subi plus de 3 500 cycles de recharge. Ces batteries ont également démontré des capacités de charge rapide, avec environ 88% de la capacité originale restaurée en seulement 2 minutes.
Quelles sont les implications futures de cette recherche ?
Cette recherche stimulera une exploration plus approfondie des batteries à double ion, s’étendant au-delà des véhicules électriques à diverses autres applications. Les batteries à double ion ne sont pas seulement rentables, mais elles exploitent également les ressources abondantes de graphite de la Terre.
Les résultats de cette étude ont été publiés dans Advanced Materials. Cette recherche a été rendue possible grâce au soutien du Programme de chercheurs de mi-carrière et du Programme de raffinerie de gaz C1 de la Fondation Nationale de Recherche de Corée (NRF) sous le Ministère de la Science et des TIC, ainsi que du Programme de Recherche en Science Fondamentale (Bourse de Recherche Doctorale) de la NRF sous le Ministère de l’Éducation de Corée.
* L’équipe comprenait le professeur Soojin Park (Département de Chimie), aux côtés des candidats au doctorat Jieun Kang (Département de Chimie) et Jinwoo Hwang (Département de Génie Chimique) de l’Université de Science et Technologie de Pohang (POSTECH), le professeur Jeong Woo Han (Science des Matériaux et Ingénierie) de l’Université Nationale de Séoul, et le professeur Ja-Hyoung Ryu (Département de Chimie) et l’étudiant en doctorat Seungho Lee (Département de Chimie) de l’Institut National de Science et Technologie d’Ulsan (UNIST), et le professeur Jaegeon Ryu (Département de Génie Chimique et Biomoléculaire) de l’Université Sogang. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Advanced Materials.
Article : « Azacyclic Anchor-Enabled Cohesive Graphite Electrodes for Sustainable Anion Storage » – Advanced Materials
