Aucune dégradation au fil du temps associée à des capacités de charge rapide exceptionnelles
Que vient-il de se passer ? Un autre jour, une autre percée dans le domaine des batteries. Des chercheurs ont dévoilé une technologie prometteuse de batterie à base d'oxyde de lithium et de manganèse qui atteint une densité énergétique impressionnante de 820 wattheures par kilogramme sans perte de tension, surpassant ainsi les batteries au lithium conventionnelles qui sont généralement deux fois moins denses.
Les batteries lithium-ion qui alimentent nos téléphones, ordinateurs portables et véhicules électriques utilisent généralement du nickel et du cobalt dans leurs cathodes, ce qui peut les rendre coûteuses et peu respectueuses de l'environnement compte tenu de l'exploitation minière intensive qu'elles nécessitent. Cependant, cette nouvelle avancée remplace ces métaux coûteux par du manganèse.
Selon une étude publiée cette semaine dans ACS Central Science, les cathodes en oxyde de lithium et de manganèse nanostructurées peuvent atteindre une excellente densité énergétique de 820 Wh/kg. C'est compétitif par rapport aux meilleures cathodes à base de nickel actuelles (environ 750 Wh/kg) et bien meilleur que d'autres alternatives au lithium à faible coût qui ont été tentées, avec seulement 500 Wh/kg.
La densité énergétique élevée n'est qu'une pièce du puzzle. Ces cathodes en manganèse présentent également des capacités de charge rapide exceptionnelles, ce qui constitue un avantage considérable pour les véhicules électriques pour lesquels vous ne souhaitez pas rester attaché à une borne de recharge pendant des heures.
De plus, contrairement à d'autres batteries au manganèse, elles ne semblent pas souffrir de baisse de tension. La baisse de tension est un phénomène où la tension diminue au fil du temps, réduisant les performances et la réactivité des composants électroniques. Ce phénomène est courant dans les matériaux à base de manganèse.
Les chercheurs ont résolu ce problème en contrôlant la structure cristalline et les transitions de phase de l'oxyde de lithium et de manganèse à l'échelle nanométrique. En synthétisant une forme nanostructurée avec un domaine stratifié monoclinique, ils ont pu stabiliser le matériau dans une structure optimale.
Cette disposition cristalline monoclinique à l'échelle nanométrique est la clé qui permet au manganèse de révéler tout son potentiel de haute performance en tant qu'électrode de batterie. Elle permet des transitions de phase qui empêchent la cathode de rester structurellement piégée dans un état de faible capacité.
Le seul inconvénient est que le manganèse est assez soluble et peut se dissoudre au fil du temps dans la batterie. Résoudre ce problème reste un défi, mais les chercheurs ont découvert qu'il pouvait être atténué en utilisant des électrolytes hautement concentrés et un revêtement en phosphate de lithium.