Une équipe d’ingénieurs en énergie et de spécialistes des matériaux du MIT (Massachusetts Institute of Technology) et de l’UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology), en Corée du Sud, a récemment mis au point une nouvelle stratégie modulable. pour synthétiser des cathodes monocristallines présentant une grande pureté de phase et de bonnes performances électrochimiques.
L’étude, Une stratégie évolutive pour synthétiser des cathodes monocristallines plus pures et plus performantes a été publié dans la revue Nature Energy.
La stratégie consiste à utiliser des sels de lithium (Li) fondus pour corroder les limites entre les petits grains, les transformant en cristaux plus gros, ce qui donne des cathodes monocristallines en couches.
Actuellement, la plupart des cathodes proposées pour les batteries lithium-ion (LiB) ont morphologies polycristallinesconstituées de différentes particules cristallines. Bien qu’elles soient faciles à fabriquer à grande échelle, elles sont susceptibles de se briser pendant le cycle de la batterieL’éventualité d’une rupture de l’accumulateur en plomb n’est pas à exclure. à l’isolement de certaines matières actives en leur seinles exposant à des électrolytes liquides et dégradant potentiellement les performances de la batterie.
Les cathodes monocristallines sont moins sujettes à la rupture et à la dégradation : cependant, leur fabrication fiable à l’aide de processus évolutifs n’a pas encore été possible jusqu’à présent. s’est avérée difficile.
« La production de cathodes monocristallines présentant une grande pureté de phase, de bonnes performances électrochimiques et une bonne évolutivité reste un défi car elle nécessite de nombreuses dispositions, telles qu’une plage de température accessible pour éviter l’évaporation du lithium, les défauts du réseau et l’agglomération des particules »Moonsu Yoon, Yanhao Dong et leurs collègues ont expliqué à Tech Xplore.
« C’est pourquoi nous avons inventé un nouveau processus d’activation mécano-chimique qui offre une solution générale au problème de la synthèse de cathodes monocristallines grossières avec une chimie riche en Li/Mn (Lithium/Manganèse) ou en Ni (Nickel), qui diffère de l’équipement, de la consommation d’énergie et des voies mécano-chimiques de longue durée qui sont difficiles à mettre à l’échelle. »
La stratégie de synthèse des cathodes monocristallines proposée par Yoon, Dong et leurs collègues est basée sur une technique de désagglomération centrifuge planétaire.
L’équipe a démontré que cette stratégie pouvait permettre la production évolutive de cathodes monocristallines à partir de matériaux disponibles dans le commerce.
« Notre approche est basée sur le mouillage interfacial réactif, médié par des sels eutectiques transitoires in situ dissous par une agitation mécanique modérée, pour former une suspension colloïdale d’oxydes de taille nanométrique dispersés dans des sels de lithium liquéfiés. »Yoon, Dong et leurs collègues ont écrit dans leur article.
Les éléments eutectiques (qui comprennent les alliages métalliques d’étain, de zinc, de plomb, de cuivre, de cadmium, de bismuth et les mélanges de réfrigérants ou les minerais) sont des substances dont les caractéristiques sont les suivantes point de fusion est inférieur à celui des composants individuels.
« Désagglomère efficacement les précurseurs polycristallins, recompose les cristaux et homogénéise la distribution des sels de lithium, ce qui permet de faciliter la pénétration des particules dans la morphologie monocristalline et d’améliorer les performances électrochimiques »..
En particulier, les sels de Li fondus utilisés par les chercheurs peuvent produire la réaction souhaitée sans nécessiter de produits chimiques supplémentaires.
Cette stratégie de synthèse peut être facilement intégrée dans les processus de production de cathodes existants, ce qui facilite leur déploiement.
L’étude du MIT pourrait ouvrir la voie à d’autres recherches visant à développer d’autres stratégies pour créer des cathodes monocristallines de haute performance pour les batteries lithium-ion, en créant le savoir-faire nécessaire pour dépasser les limites actuelles de cette technologie.
