Ajouter des défauts dans les batteries Li-Ion pourrait améliorer leurs performances. Cela dit, grâce à des simulations numériques, des chercheurs ont également montré qu’un trop grand nombre de ces défauts pouvait fragiliser les batteries et réduire leur durée de vie. Un équilibre reste donc à trouver.
Des défauts dans les batteries
Parue fin 2019 dans npj Computational Materials, une première étude réalisée à l’université de Rice (Etats-Unis) a démontré qu’en ajoutant volontairement des défauts dans la microstructure des particules constituant la cathode, on facilitait la circulation du lithium.
Ces défauts cristallographiques, connus sous le nom “d’antisites” se forment lorsque des atomes sont placés en mauvaise position sur un réseau cristallin. Dans le cas de ces travaux, des atomes de fer viennent ainsi perturber la structure en LiFePO4 en prenant la place du lithium, ce qui était jusqu’ici considéré comme défavorable pour la performance des batteries.
Les défauts : bonne ou mauvaise chose ?
D’après l’étude de 2019, les antisites seraient donc une bonne chose, car ils accélèrent la cinétique d’intercalation du lithium. Cependant, les travaux publiés en janvier 2020 dans le Journal of Materials Chemistry A et réalisés par la même équipe viennent nuancer leurs propos. L’étude met en évidence un fait : un trop grand nombre d’antisites au sein des particules constituant la cathode peut générer trop de contraintes et provoquer la détérioration de la batterie.
Pour démontrer cela, l’équipe de Ming Tang a utilisé une méthode de simulation numérique de l’évolution de la microstructure (phase-field simulation) du LiFePO4. Elle a ensuite corrélé les résultats obtenus avec ceux issus d’une étude expérimentale concernant la microscopie par rayons X du LiFePO4 (Ohmer et al. Nature Communications 6, 6045 (2015)). Le couplage de ces résultats a ainsi permis d’obtenir la première illustration du phénomène “d’instabilité par contraintes induites” (Stress-induced instability) de l’intercalation du lithium.
La maîtrise des défauts est la clé
Comme souvent, c’est donc une affaire de maîtrise et de compromis. Les travaux conduits à l’université de Rice indiquent qu’introduire volontairement des antisites au sein d’une cathode est bénéfique jusqu’à un certain point.
La difficulté sera maintenant de trouver le bon « dosage », ce qui va nécessiter de nombreux essais expérimentaux qui pourront s’appuyer sur ces travaux de simulation.
D’après les travaux de Ming Tang et Kaiqi Yang de l’Université de Rice.
Dans l'actualité
- Energy Observer : un bateau à batterie lithium
- Le Prix Nobel de chimie 2019 récompense la recherche sur les batteries lithium ion
- Une anode au lithium semi-liquide veut révolutionner les batteries à électrolyte solide
- Des batteries Lithium qui durent longtemps. Vraiment très longtemps.
- Batteries Lithium: Tesla devra affronter une très forte concurrence
- Renault-Nissan mise sur les batteries Lithium-ion
- Les batteries Lithium Ion, solution d’avenir pour les véhicules électriques ?
- Les batteries sodium-ion passent le cap de l’industrialisation
- Un nouveau procédé pour fabriquer des batteries composites recyclables
- De la vanilline pour des batteries de stockage d’électricité plus écologiques
- En 2025, des batteries automobiles avec une autonomie de 800 à 1000 km
- Devenir le leader mondial de la miniaturisation des alimentations de puissance
- Véhicules électriques : l’UE est loin de l’objectif du million de bornes de recharge déployées d’ici à 2025
- Vers des batteries plus durables construites en Europe