Recharger les voitures électriques à 90% en 6 minutes

Avec Telsa en tête, le marché des véhicules électriques se développe dans le monde entier. Contrairement aux voitures conventionnelles qui utilisent des moteurs à combustion interne, les voitures électriques sont uniquement alimentées par des batteries au lithium-ion, de sorte que la performance de la batterie définit la performance globale de la voiture. Cependant, les temps de charge lents et la faible puissance sont encore des obstacles à surmonter.

C’est pourquoi une équipe de recherche de POSTECH a récemment mis au point un matériau de batterie plus rapide à charger et plus durable pour les voitures électriques.

Les équipes de recherche du professeur Byoungwoo Kang et du Dr Minkyung Kim du département de science et d’ingénierie des matériaux de POSTECH et du professeur Won-Sub Yoon du département de science de l’énergie de l’université de Sungkyunkwan ont prouvé pour la première fois que lors de la charge et de la décharge des matériaux d’électrode de batterie Li-ion, il est possible de produire une puissance élevée en réduisant considérablement le temps de charge et de décharge sans réduire la taille des particules. Les résultats de ces recherches ont été publiés dans le récent numéro de Energy & Environmental Science, une revue internationale de premier plan dans le domaine des matériaux énergétiques.

Pour charger et décharger rapidement les batteries Li-ion, diverses méthodes qui réduisent la taille des particules des matériaux d’électrode ont été utilisées jusqu’à présent. Cependant, la réduction de la taille des particules présente l’inconvénient de diminuer la densité énergétique volumétrique des batteries.

À cet égard, l’équipe de recherche a confirmé que si une phase intermédiaire dans la transition de phase se forme pendant la charge et la décharge, il est possible de générer une puissance élevée sans perdre la densité d’énergie élevée ou réduire la taille des particules par une charge et une décharge rapides, ce qui permet de développer des batteries Li-ion de longue durée.

Dans le cas des matériaux de séparation de phases qui subissent le processus de création et de croissance de nouvelles phases pendant la charge et la décharge, deux phases de volumes différents existent au sein d’une même particule, ce qui entraîne de nombreux défauts structurels à l’interface des deux phases. Ces défauts empêchent la croissance rapide d’une nouvelle phase dans la particule, ce qui entrave la charge et la décharge rapides.

Grâce à la méthode de synthèse développée par l’équipe de recherche, on peut induire une phase intermédiaire qui agit comme un tampon structurel pouvant réduire considérablement le changement de volume entre les deux phases d’une particule.

En outre, il a été confirmé que cette phase intermédiaire tampon peut aider à créer et à faire croître une nouvelle phase dans la particule, améliorant la vitesse d’insertion et d’élimination du lithium dans la particule. Cela a prouvé à son tour que la formation d’une phase intermédiaire peut augmenter considérablement la vitesse de charge et de décharge de la batterie en créant une réaction électrochimique homogène dans l’électrode où de nombreuses particules sont composées.

En conséquence, les électrodes des batteries Li-ion synthétisées par l’équipe de recherche chargent jusqu’à 90% en six minutes et déchargent 54% en 18 secondes, un signe prometteur pour le développement de batteries Li-ion de haute puissance.

« L’approche conventionnelle a toujours été un compromis entre sa faible densité énergétique et la vitesse de charge et de décharge rapide due à la réduction de la taille des particules« , a fait remarquer le professeur Byoungwoo Kang, l’auteur correspondant de l’article. Il a ajouté : « Cette recherche a jeté les bases du développement de batteries Li-ion qui peuvent atteindre une vitesse de charge et de décharge rapide, une densité énergétique élevée et une performance prolongée« .

[ Illustration – Crédit / PixaBay ]