Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans les véhicules électriques et les smartphones, car elles sont légères, fiables et économes en énergie. Cependant, leur temps de charge est lent et elles ne supportent pas les fortes surtensions. Lors de recherches récentes, l'équipe d'ingénierie de Cornell a développé une batterie lithium-ion pour véhicules électriques capable de se recharger complètement en 5 minutes. Voici le prototype d'une telle batterie à charge rapide.
Équipe d'ingénierie de Cornell développé une nouvelle batterie au lithium. charge en moins de 5 minutes, plus rapide que toute autre batterie disponible. Elle maintient également des performances stables lors des charges et décharges prolongées. Cette récente découverte pourrait apporter un soulagement. angoisse de gamme chez les conducteurs. Leurs inquiétudes concernant l'autonomie limitée des véhicules électriques et les inconvénients des longs temps de recharge seraient réduites.
Les chercheurs ont découvert que l'indium, un métal mou couramment utilisé pour les écrans tactiles et les panneaux solaires, présente un potentiel exceptionnel comme matériau pour les batteries à charge rapide. Cela est dû à ses taux de transport à l'état solide élevés et à ses faibles nombres de Damköhler. De plus, l'indium constitue une excellente alternative au plomb dans les soudures à basse température.
Professeur Lynden Archer, doyen de Cornell Engineering et responsable du projet, a déclaré : « L'anxiété liée à l'autonomie est un obstacle plus important à l'électrification des transports que n'importe quel autre obstacle, comme le coût et la capacité des batteries, et nous avons identifié une voie pour l'éliminer en utilisant des conceptions d'électrodes rationnelles. »
Le professeur Archer a ajouté : « Si vous pouvez recharger la batterie d'un véhicule électrique en cinq minutes, vous n'avez pas besoin d'une batterie suffisamment puissante pour une autonomie de 300 km. Vous pouvez vous contenter de moins, ce qui pourrait réduire le coût des véhicules électriques et favoriser leur adoption à plus grande échelle. »
Auteur principal de l'étude, Shuo Jin, a déclaré un étudiant au doctorat en génie chimique et biomoléculaire, Notre objectif était de concevoir des électrodes de batterie qui se chargent et se déchargent en s'adaptant à la routine quotidienne. Concrètement, nous souhaitons que nos appareils électroniques se chargent rapidement et fonctionnent longtemps. Pour y parvenir, nous avons identifié un matériau d'anode en indium unique, qui peut être associé efficacement à divers matériaux de cathode pour créer une batterie qui se charge rapidement et se décharge lentement.. »
Le processus
Pour leur nouvelle batterie au lithium, les chercheurs ont adopté une approche unique, mettant l'accent sur la cinétique des réactions électrochimiques. Ils ont notamment utilisé un concept de génie chimique appelé « Numéro de DamköhlerCe concept est essentiellement quantifie la vitesse au cours de laquelle les réactions chimiques ont lieu par rapport au transport des matériaux vers le site de réaction.
Les dernières recherches révèlent que l'indium possède deux caractéristiques cruciales en tant qu'anode de batterie. Les voici :
- Un exceptionnellement barrière énergétique à faible migration, qui détermine la vitesse à laquelle les ions diffusent à l'état solide
- A densité de courant d'échange modérée, ce qui a un impact sur la vitesse à laquelle les ions sont réduits dans l'anode.
La synergie de ces caractéristiques, la diffusion rapide et la cinétique de réaction de surface lente sont impératives pour une charge rapide et un stockage prolongé.
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Le professeur Archer a déclaré : L'innovation clé réside dans la découverte d'un principe de conception qui permet aux ions métalliques de l'anode d'une batterie de se déplacer librement, de trouver la configuration idéale et de participer ensuite à la réaction de stockage de charge. Résultat : à chaque cycle de charge, l'électrode conserve un état morphologique stable. C'est précisément ce qui confère à nos nouvelles batteries à charge rapide la capacité de se charger et de se décharger de manière répétée sur des milliers de cycles.
La batterie lithium-ion pour véhicule électrique, capable de se recharger complètement en 5 minutes, utilise cette technologie en combinaison avec la recharge sans fil par induction sur les routes. Cela pourrait considérablement améliorer la qualité de vie des personnes. réduire la taille et le coût des batteriesCela rendra le transport électrique plus accessible aux conducteurs. Cependant, cela ne signifie pas que les anodes en indium sont parfaites ou pratiques.
Bien que ce résultat soit prometteur, car il nous apprend comment concevoir des batteries à charge rapide, l'indium est lourd. Il offre une opportunité pour la modélisation chimique computationnelle, peut-être à l'aide d'outils d'IA générative, d'identifier d'autres compositions chimiques de matériaux légers susceptibles d'atteindre les mêmes nombres de Damköhler intrinsèquement bas. Par exemple, existe-t-il des alliages métalliques que nous n'avons jamais étudiés et qui présentent les caractéristiques souhaitées ? C'est là ma satisfaction : il existe un principe général permettant à chacun de concevoir une meilleure anode de batterie, permettant des vitesses de charge plus rapides que celles des technologies de pointe. Le professeur Archer a ajouté.
Source: La batterie au lithium à charge rapide vise à éliminer « l'anxiété liée à l'autonomie »
