Chercheurs de l’Institut allemand de technologie de Karlsruhe (KIT) a publié un article dans Nature Communications expliquant le mécanisme de dégradation des cathodes dans les batteries lithium-ion à haute énergie. Les recherches ont été menées dans le cadre du développement de batteries ayant une capacité et une efficacité accrues. Sans une compréhension précise des processus de dégradation des cathodes, il est impossible de réussir à augmenter la capacité des batteries avec le rendement le plus élevé, ce qui est nécessaire au développement des véhicules électriques. Les scientifiques sont convaincus que les connaissances acquises permettront d'augmenter la capacité des batteries lithium-ion de 30 %.
Les batteries hautes performances destinées aux applications automobiles et autres nécessitent une structure cathodique différente. Dans les batteries lithium-ion modernes, la cathode est une structure multicouche d'oxydes avec des proportions variables de nickel, de manganèse et de cobalt. Les batteries à haute énergie nécessitent des cathodes enrichies en manganèse avec un excès de lithium, ce qui augmente la capacité à stocker de l'énergie par unité de volume/masse de matériau cathodique. Mais ces matériaux étaient sujets à une dégradation rapide.
En fonctionnement normal, lorsque la cathode s'enrichit ou perd des ions lithium, le matériau cathodique à haute énergie est détruit. Après un certain temps, l'oxyde en couches se transforme en une structure cristalline aux propriétés électrochimiques extrêmement défavorables. Cela se produit dès les premiers stades de fonctionnement de la batterie, ce qui entraîne une diminution rapide des valeurs moyennes de charge et de décharge.
Dans une série d'expériences, des scientifiques allemands ont découvert que la dégradation ne se produit pas directement, mais indirectement par la formation de réactions difficiles à déterminer avec formation de sels solides contenant du lithium. De plus, l’oxygène semble jouer un rôle important dans les réactions. Les chercheurs ont également pu tirer de nouvelles conclusions sur les processus chimiques dans les batteries lithium-ion qui pourraient ne pas entraîner de dégradation de la cathode. Grâce aux résultats obtenus, les scientifiques espèrent minimiser la dégradation des cathodes et éventuellement développer un nouveau type de batterie avec une capacité accrue.
Source: 3dnews.ru