Les batteries lithium-ion sont devenues indispensables dans notre vie quotidienne. Seule une couche de passivation formée lors de leur premier cycle leur permet de fonctionner. Cette interphase d'électrolyte solide ne se forme pas directement au niveau de l'électrode, comme l'ont découvert les scientifiques de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) grâce à des simulations. Au lieu de cela, il forme des amas en solution. Leurs recherches sont présentées dans la revue Advanced Energy Materials. Leurs résultats permettront d'optimiser les performances et la durée de vie des batteries à l'avenir.
Chaque fois qu'une source d'énergie mobile est nécessaire, que ce soit pour les véhicules électriques ou les smartphones, une batterie lithium-ion complète la tâche. L'interphase à électrolyte solide est cruciale pour le fonctionnement fiable de cette batterie et d'autres batteries à électrolyte liquide (SEI). L'application de tension initiale provoque la formation de cette couche de passivation. Près de la surface, l'électrolyte se décompose. Étant donné que la réaction de dissociation ne peut avoir lieu qu'à quelques nanomètres de la surface, on ne savait pas jusqu'à présent comment les particules des électrolytes forment une couche pouvant atteindre 100 nanomètres d'épaisseur à la surface de l'électrode.
La couche de passivation sur la surface de l'anode est cruciale pour la capacité électrochimique et la durée de vie d'une batterie lithium-ion, car elle est soumise à des contraintes importantes à chaque cycle de charge. Au fur et à mesure que le SEI se décompose au cours de ce processus, l'électrolyte se décompose davantage et la capacité de la batterie est réduite, ce qui raccourcit la durée de vie de la batterie. Les caractéristiques d'une batterie peuvent être gérées avec une bonne compréhension de l'évolution et de la composition du SEI. Cependant, aucune méthode expérimentale ou assistée par ordinateur n'a réussi à résoudre les processus de croissance complexes de SEI à très grande échelle et dans de multiples dimensions.
Désormais, des chercheurs du KIT Institute for Nanotechnology (INT) ont pu caractériser la formation de SEI en utilisant une approche multi-échelle. Le professeur Wolfgang Wenzel, directeur du groupe de recherche "Multiscale Materials Modeling and Virtual Design" à l'INT, impliqué dans l'initiative de recherche européenne à grande échelle BATTERY 2030+, visant à développer des batteries hautes performances sûres, abordables, durables et durables pour "Cela résout l'un des grands mystères concernant une partie essentielle de toutes les batteries à électrolyte liquide, en particulier les batteries lithium-ion que nous utilisons tous les jours."
Environ 50.000 XNUMX simulations ont été exécutées pour différents états de réaction.
Les chercheurs de l'INT ont créé une collection de plus de 50.000 XNUMX simulations représentant divers scénarios de réaction pour étudier la composition et l'évolution de la couche de passivation dans l'anode des batteries à électrolyte liquide. Ils ont découvert que le SEI organique se développe par un mécanisme médié par la solution. Les précurseurs SEI produits directement doivent d'abord passer par une étape de nucléation avant de coalescer loin de la surface de l'électrode. En raison du développement rapide ultérieur des noyaux, une couche poreuse recouvre progressivement la surface de l'électrode.
Le scénario paradoxal selon lequel les composants SEI ne peuvent se former que près de la surface où les électrons sont présents, mais cesseront de croître une fois cette région confinée couverte, a été résolu par nos découvertes. Un boursier postdoctoral à l'INT et l'un des auteurs de l'étude, le Dr. Saibal Jana explique : « Nous avons pu identifier les principaux paramètres de réaction qui régissent l'épaisseur du SEI.
"Cela permettra à l'avenir de produire des électrolytes et des produits chimiques appropriés qui régulent les propriétés du SEI et augmentent les performances et la durée de vie des batteries."
Source : techxplore.com/news
Günceleme: 21/03/2023 10:20