Les matériaux cathodiques entrant dans la composition des batteries lithium-ion sont essentiels au fonctionnement des véhicules électriques. Pourtant, leur production implique des processus complexes et gourmands en eau. Cependant, des progrès récents ont été réalisés grâce à la mise au point d'une nouvelle technique de synthèse entièrement sèche et d'oxyde de sel gemme permettant d'améliorer les batteries. Cette technique pourrait réduire considérablement les coûts de fabrication et l'impact environnemental.
Chercheurs à Université de Dalhousie Des progrès significatifs ont été réalisés dans le développement d'une méthode de synthèse entièrement sèche pour les matériaux de cathode NMC622. Ce procédé pourrait réduire les coûts et minimiser l'impact environnemental par rapport aux méthodes traditionnelles.
Le étude Ils se sont concentrés sur l'utilisation de précurseurs d'oxyde de sel gemme (RS) pour créer des cathodes NMC622. Ils ont comparé cette méthode à l'approche conventionnelle des précurseurs d'hydroxyde (HP) et étudié les effets de diverses conditions de synthèse.
Faits saillants
- La synthèse entièrement sèche utilisant des précurseurs RS est prometteuse pour production de cathodes rentable et respectueuse de l'environnement.
- Le procédé nécessite des quantités plus élevées de lithium pour compenser les pertes par évaporation et améliorer l’homogénéité de la composition.
- Le Li2CO3 liquide agit comme un flux lors de la synthèse, améliorer la cristallinité et la lithiation rapide du précurseur RS.
- NMC fabriqué à partir de précurseurs RS avec 20 % de Li en excès ont montré une efficacité coulombienne initiale, une polarisation et une rétention de capacité similaires à celles des NMC fabriqués à partir de précurseurs HP.
"La fabrication du matériau cathodique lithium-ion nécessite beaucoup d'énergie et d'eau, et produit des déchets. C'est ce qui a le plus d'impact sur l'environnement, notamment sur l'empreinte carbone de la batterie." dit Dr Mark Obrovac.
Les propriétés structurelles et morphologiques des matériaux synthétisés ont été analysées par les chercheurs à l'aide de différentes techniques de caractérisation telles que :
- Diffraction des rayons X (XRD)
- Microscopie électronique à balayage (MEB)
- Spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS)
Ils ont constaté que les meilleurs sont fabriqués à partir de monocristaux Avec des particules d'environ 5 microns de large. En ajustant précisément leurs ingrédients et leurs conditions de chauffage, l'équipe de recherche a créé des cathodes de qualité similaire grâce à un procédé entièrement sec. Ces cathodes offrent des performances comparables à celles des meilleurs produits du marché actuel.
Défis
- Le lithium réagit plus lentement avec les précurseurs RS qu'avec les précurseurs HP lorsqu'il est chauffé en dessous de 723° C.
- Les batteries fabriquées en NMC provenant des précurseurs RS ont une composition moins uniforme et donc une capacité inférieure par rapport à celles des précurseurs HP.
- Les chercheurs doivent rendre la réaction du lithium dans la méthode précurseur RS cohérente et plus rapide pour de meilleures batteries.
Actions potentielles en cours
Le Dr Obrovac s'est associé à NOVONIX, une entreprise de batteries de la Nouvelle-Écosse. Elle utilise des méthodes entièrement sèches pour fabriquer des matériaux de cathode dans son usine pilote de Dartmouth. Cette usine peut produire 10 tonnes de matériaux de cathode par an.
Par rapport aux méthodes humides traditionnelles, leur procédé offre :
- 30 % de coûts d'installation en moins
- 50 % de coûts de fonctionnement en moins
- 25 % de consommation d'énergie en moins
- Pas besoin d'eau traitée
- Génération zéro déchet
"Ces chiffres sont importants ; il s'agit d'une véritable révolution dans la production de ces matériaux de batterie. Ils devraient permettre de réduire le coût global des batteries et de réduire considérablement leur impact sur le réchauffement climatique." ajoute le Dr Mark Obrovac.
Conclusion
Cette méthode présente un potentiel considérable pour rendre la production de batteries plus écologique et plus abordable. L'industrie des véhicules électriques pourrait en bénéficier considérablement, même si des obstacles persistent. À mesure que la recherche progresse, l'importance de cette approche innovante pour faire progresser la technologie des batteries durables pourrait s'avérer cruciale.
