La structure transformatrice de la batterie dépasse les objectifs de charge rapide pour le cycle Li

Jun 29, 2023

4 août 2023

Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

faits vérifiés

publication évaluée par des pairs

source fiable

relire

par l'Université du Maryland

Les batteries actuelles sont limitées par leur temps de charge requis et leur autonomie réalisable. Le Département américain de l'Énergie (DOE) a fixé un objectif de charge rapide de 10 minutes pour recharger la batterie d'un véhicule électrique (VE).

Cependant, les batteries Li-ion à courant de charge rapide peuvent entraîner un placage Li-métal de l'anode en carbone et la formation potentielle de courts-circuits catastrophiques en dendrites de lithium. Les anodes Li-métal ont le potentiel de surmonter ces problèmes, car plutôt que le placage Li-métal soit un problème, c'est en fait l'anode, et de plus, les anodes Li-métal permettent des batteries à plus forte densité énergétique et donc une autonomie EV. Cependant, à ce jour, le taux de charge des anodes Li-métal est resté limité par la formation de courts-circuits de dendrites de lithium.

Le Dr Eric Wachsman, directeur du Maryland Energy Innovation Institute (MEI2) et professeur émérite à l'Université du Maryland (UMD), et son équipe de recherche ont développé un matériau de grenat monophasé conducteur mixte d'ions et d'électrons (MIEC) qui une fois intégré à leur architecture 3D développée précédemment, ils ont non seulement atteint l'objectif de charge rapide du DOE pour le cyclisme Li, mais l'ont également dépassé d'un facteur 10.

La structure poreuse du grenat MIEC aide à soulager les contraintes sur les électrolytes solides (SE) pendant le cyclage en répartissant le potentiel uniformément sur la surface, évitant ainsi les points chauds locaux qui pourraient induire la formation de dendrites.

Ce matériau et cette structure transformateurs constituent une avancée majeure qui aura un impact sur les véhicules électriques et d’autres applications. L'article intitulé « Cyclisme extrême du lithium-métal activé par une architecture 3D de grenat à conduction mixte d'ions et d'électrons (MIEC) » est publié dans Nature Materials.

Les taux de cyclage du Li (axe X), la quantité de Li par cycle (diamètre du cercle) et le cyclage cumulé du Li (axe Y) dépassent de loin les objectifs de charge rapide du DOE en termes de densité de courant, de capacité surfacique par cycle et de capacité cumulée. à température ambiante sans pression appliquée. Grâce à cette capacité de cyclage du Li, les véhicules électriques seraient capables d'effectuer des cycles de décharge à 100 % chaque jour pendant 10 ans, bien au-delà de toutes les exigences prévues en matière de durée de vie/garantie des véhicules électriques.

Le Dr Y. Shirley Meng, scientifique en chef du laboratoire national ACCESS Argonne et professeur à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago, a déclaré : « Wachsman et son équipe ont démontré une capacité de débit supérieure de l'anode au lithium métallique dans ce travail, c'est grâce à Une conception 3D innovante et une architecture unique pourraient permettre d'obtenir de telles performances. Une telle approche ouvre un nouveau paradigme pour la conception de batteries rechargeables à haute énergie de nouvelle génération.