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Des chercheurs déchiffrent les imperfections à l’échelle atomique des batteries lithium-ion

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Comme batteries lithium-ion sont devenus une partie omniprésente de nos vies grâce à leur utilisation dans l’électronique grand public, les automobiles et les installations de stockage d’électricité, les chercheurs ont travaillé pour améliorer leur puissance, leur efficacité et leur longévité.

« Ce projet, qui s’est fortement appuyé sur certaines des technologies de microscopie les plus puissantes au monde et sur des approches avancées de la science des données, ouvre la voie à l’optimisation des batteries lithium-ion à haute teneur en nickel », a déclaré Huolin Xin, professeur de physique et d’astronomie à l’UCI. . « Savoir comment ces batteries fonctionnent à l’échelle atomique aidera les ingénieurs à développer des LIB avec des cycles de puissance et de durée de vie considérablement améliorés. » Crédit image : Steve Zylius / UCI

Comme détaillé dans un article publié dans Matériaux naturels, des scientifiques de l’Université de Californie, Irvine et du Laboratoire national de Brookhaven ont mené un examen détaillé des cathodes en couches à haute teneur en nickel, considérées comme des composants prometteurs dans les batteries de nouvelle génération. La microscopie électronique à super résolution combinée à l’apprentissage automatique en profondeur a permis à l’équipe dirigée par l’UCI de déchiffrer les changements infimes à l’interface des matériaux pris en sandwich dans les batteries lithium-ion.

« Nous sommes particulièrement intéressés par le nickel, car il peut nous aider à nous éloigner du cobalt en tant que matériau de cathode », a déclaré le co-auteur. Huolin Xin, professeur UCI de physique et d’astronomie. « Le cobalt est toxique, il est donc dangereux à extraire et à manipuler, et il est souvent extrait dans des conditions socialement répressives dans des endroits comme la République démocratique du Congo. »

Mais pour que le changement soit pleinement réalisé, les développeurs de batteries doivent savoir ce qui se passe à l’intérieur des cellules lorsqu’elles sont déchargées et rechargées à plusieurs reprises. Il a été constaté que la densité d’énergie élevée des batteries lithium-ion à couches de nickel provoque une dégradation chimique et mécanique rapide des matériaux composants des LIB.

L’équipe a utilisé un microscope électronique à transmission et des simulations atomistiques pour comprendre comment les transitions de phase d’oxydation affectent les matériaux de la batterie, provoquant des imperfections sur une surface par ailleurs assez uniforme.

« Ce projet, qui s’est fortement appuyé sur certaines des technologies de microscopie les plus puissantes au monde et sur des approches avancées de la science des données, ouvre la voie à l’optimisation des batteries lithium-ion à haute teneur en nickel », a déclaré Xin. « Savoir comment ces batteries fonctionnent à l’échelle atomique aidera les ingénieurs à développer des LIB avec des cycles de puissance et de durée de vie considérablement améliorés. »

Source: UC Irvine



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