Les monocristaux à haute température pourraient révolutionner la longévité des véhicules électriques
par Riko Seibo
Tokyo, Japon (SPX) 15 juillet 2024
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Kyu-Younger Park de l’Institut de hautes études en technologie des matériaux ferreux et écologiques et du Département des sciences et de l’ingénierie des matériaux, aux côtés de Kyoung Eun Lee, doctorante, et de Yura Kim, ancienne élève de l’Institut de hautes études en technologie des matériaux ferreux et écologiques de l’Université des sciences et applied sciences de Pohang (POSTECH), a réalisé une avancée significative dans la synthèse de matériaux cathodiques monocristallins pour véhicules électriques. Cette avancée, réalisée en collaboration avec le POSCO Holdings N.EX.T Hub, a été publiée dans ACS Supplies and Interfaces.
Les batteries secondaires au lithium (Li), très répandues dans les véhicules électriques, fonctionnent en convertissant l’énergie électrique en énergie chimique et vice versa grâce au mouvement des ions Li- entre la cathode et l’anode. Les matériaux cathodiques en nickel (Ni) sont couramment utilisés pour leur grande capacité de stockage des ions lithium. Cependant, les matériaux traditionnels à base de nickel ont une construction polycristalline composée de nombreux petits cristaux, qui peuvent se dégrader pendant la cost et la décharge, réduisant ainsi leur durée de vie.
Pour surmonter cette limitation, les chercheurs ont développé une méthode permettant de produire des matériaux cathodiques à base de nickel sous forme de « monocristal ». Ces monocristaux sont synthétisés sous forme de grosses particules, ce qui améliore leur stabilité structurelle et chimique ainsi que leur durabilité. Bien que l’on sache que les matériaux monocristallins durcissent à haute température, les spécificités de ce processus et les circumstances requises n’étaient pas claires jusqu’à présent.
L’équipe de recherche a cherché à identifier la « température critique » nécessaire à la synthèse de matériaux monocristallins de haute qualité. Elle a expérimenté différentes températures pour optimiser les circumstances de synthèse du matériau cathodique à base de nickel (N884), en observant les effets sur la capacité et les performances à lengthy terme.
Ils ont découvert que les matériaux polycristallins synthétisés en dessous d’une certaine température se dégradent plus rapidement dans les batteries secondaires. Cependant, lorsqu’ils sont synthétisés au-dessus de cette température critique, des monocristaux de haute qualité se forment, ce qui améliore considérablement la durabilité. Cette amélioration est attribuée à un processus appelé « densification », où la taille des grains internes augmente et les espaces vides au sein du matériau sont densément remplis, ce qui donne des monocristaux extrêmement durs et résistants à la dégradation.
« Nous avons mis au level une nouvelle stratégie de synthèse pour améliorer la durabilité des matériaux cathodiques à base de nickel », a expliqué le professeur Kyu-Younger Park. « Nous poursuivrons nos recherches pour rendre les batteries secondaires pour véhicules électriques moins chères, plus rapides et plus durables », a-t-il ajouté.
L’étude a reçu le soutien de POSCO Holdings et du programme de recherche fondamentale du ministère des Sciences et des TIC.
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Université des sciences et applied sciences de Pohang (POSTECH)
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