Le graphène sera-t-il utilisé dans les véhicules électriques (VE) ?

Jul 07, 2023

Qu’est-ce que le graphène ? Le graphène est un matériau bidimensionnel composé d’un seul plan d’atomes aux propriétés extraordinaires. Contrairement à d’autres matériaux en couches, le graphène est constitué d’atomes disposés sur un seul plan, ce qui en fait un matériau véritablement bidimensionnel. Lorsque ces couches bidimensionnelles sont empilées en plusieurs couches, cela forme du graphite.

L'épaisseur peut varier en fonction de facteurs tels que l'empilement et l'interaction avec les substrats. Le comportement mécanique du graphène est déterminé par ses dimensions physiques et ses modules d'élasticité, généralement mesurés et caractérisés par diverses méthodes expérimentales et théoriques.

Graphène pour le stockage d'énergieLa grande surface du graphène permet un plus grand nombre de sites actifs, facilitant de plus grandes réactions électrochimiques et augmentant la capacité de stockage d'énergie dans les batteries de graphène EV.

Matériaux à base de graphène pour batteries flexibles EV en graphène Une étude de 2019 discute de l'utilisation de matériaux à base de graphène pour les batteries flexibles. Différentes architectures macroscopiques du graphène, notamment les fibres, les films et les aérogels, sont explorées dans cette étude. Les films de graphène font preuve de flexibilité et sont utilisés comme collecteurs de courant dans les batteries lithium-ion (LIB), améliorant ainsi la densité énergétique et la durée de vie.

Les structures de graphène tridimensionnelles (3D), telles que les hydrogels et les aérogels, offrent une grande surface et une porosité élevée, améliorant ainsi le chargement des matériaux actifs et l'accessibilité des électrolytes. Les électrodes à base de graphène sont prometteuses dans les LIB, les batteries sodium-ion (SIB), les batteries métal-ion multivalentes (ZIB, AIB) et les batteries lithium-soufre (batteries Li-S).

Les électrodes flexibles de graphène présentent une excellente stabilité mécanique, une capacité élevée, des performances de débit et une durée de vie cyclique, ce qui les rend adaptées à diverses applications dans les systèmes de stockage d'énergie flexibles. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour optimiser et développer des anodes flexibles pour les batteries Li-S.

Architecture à base de graphène avec nanofibres de carbone et nanoflacons de bisulfure de molybdène (MoS2) Les batteries sodium-ion sont confrontées à des défis en termes de stabilité à long terme et de capacité à haut débit. Pour surmonter ces problèmes, les chercheurs d'une étude de 2019 ont développé une architecture basée sur le graphène avec des nanofibres de carbone (CNF) à pénétration verticale et des nanoflacons de bisulfure de molybdène (MoS2) cultivés in situ. Cette structure de graphène interpénétrée améliore l’intégrité mécanique et la conductivité électrique.

La batterie résultante présente des performances électrochimiques exceptionnelles, notamment une capacité spécifique de 598 mAh g−1, une stabilité de cyclage à long terme allant jusqu'à 1 000 cycles et d'excellentes performances de débit, même à des densités de courant élevées. La grande surface du graphène, sa conductivité élevée et sa résistance mécanique en font un matériau carboné idéal pour les applications de batteries. L'architecture unique du graphène interpénétré des CNF avec MoS2 est prometteuse pour le développement de batteries sodium-ion hautes performances avec une stabilité et une capacité de débit améliorées.

Avantages des batteries graphène EVLes batteries graphène EV présentent de nombreux avantages par rapport aux batteries traditionnelles utilisées dans les véhicules électriques.

Chargement plus rapide L’une des principales préoccupations associées aux batteries EV traditionnelles par rapport aux batteries EV au graphène est le temps nécessaire pour charger ces batteries, car les batteries lithium-ion traditionnelles mettent plusieurs heures pour atteindre une charge complète, ce qui limite la commodité et la convivialité des véhicules électriques. Les batteries graphène EV offrent une solution à ce défi en permettant des temps de charge plus rapides grâce au transport rapide des ions à travers les matériaux d'électrode de la batterie. Les chercheurs prévoient qu’avec le graphène, il sera bientôt possible de recharger un véhicule électrique en quelques minutes plutôt qu’en quelques heures.

Dissipation thermiqueLa conductivité thermique améliorée des batteries graphène EV aide à dissiper la chaleur plus efficacement pendant les cycles de charge et de décharge, réduisant le risque de surchauffe, améliorant la sécurité des batteries graphène EV, répondant aux problèmes liés aux incendies de batteries et garantissant un système de stockage d'énergie fiable et sécurisé.