Quelle est l'orientation du développement des batteries au lithium ?
May 04, 2023
Introduction
Les batteries lithium-ion font partie des systèmes de stockage d'énergie les plus utilisés aujourd'hui. Ils alimentent une vaste gamme d'appareils, des smartphones et ordinateurs portables aux véhicules électriques (VE) etsystèmes de stockage en grilleLes batteries lithium-ion ont une densité d'énergie élevée, une longue durée de vie et une faible autodécharge, ce qui en fait un choix attrayant pour le stockage d'énergie. Cependant, ils présentent également certaines limites, telles que le coût élevé
Développement
1 : haute énergie-D
Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs développent de nouveaux matériaux de cathode qui offrent une densité d'énergie plus élevée, une durée de vie plus longue et un coût inférieur. Un candidat prometteur est l'oxyde en couches riche en lithium (LLO), qui peut fournir une densité d'énergie jusqu'à 50 % supérieure à celle des cathodes NMC. LLO a également une durée de vie plus longue et un coût inférieur, car il utilise des matériaux moins chers et plus abondants. Parmi les autres matériaux de cathode prometteurs, citons le NMC riche en nickel (NMC811), qui peut offrir une capacité supérieure à celle des cathodes NMC conventionnelles, et le phosphate de fer au lithium (LFP), qui présente une excellente sécurité et une excellente durée de vie, mais une densité d'énergie plus faible.
2 : Anodes en silicium
Le matériau de l'anode est un autre composant essentiel d'une batterie lithium-ion, et ses performances affectent directement la densité d'énergie et la durée de vie de la batterie. Actuellement, la plupart des batteries lithium-ion commerciales utilisent du graphite comme matériau d'anode, qui a une capacité théorique de 372 mAh/g. Cependant, le silicium a une capacité théorique beaucoup plus élevée de 4 200 mAh/g, ce qui pourrait augmenter considérablement la densité énergétique des batteries lithium-ion.
Le défi lié à l'utilisation du silicium comme matériau d'anode est qu'il subit un changement de volume important pendant le cycle, ce qui peut provoquer une défaillance mécanique et réduire la durée de vie de la batterie. Pour résoudre ce problème, les chercheurs développent diverses stratégies, telles que l'ingénierie à l'échelle nanométrique, les revêtements de surface et les liants, pour atténuer le changement de volume et améliorer la stabilité des anodes en silicium.
3 : Électrolytes à l'état solide
L'électrolyte est le milieu conducteur qui permet aux ions lithium de faire la navette entre la cathode et l'anode pendant la charge et la décharge. Actuellement, la plupart des batteries lithium-ion commerciales utilisent des électrolytes liquides, qui sont inflammables et posent des problèmes de sécurité. Les électrolytes à l'état solide offrent plusieurs avantages par rapport aux électrolytes liquides, tels qu'une sécurité accrue, une durée de vie plus longue et une plage de températures de fonctionnement plus large.
Les électrolytes à l'état solide permettent également l'utilisation d'anodes au lithium métal, qui ont une capacité théorique beaucoup plus élevée que les anodes en graphite. Cependant, les électrolytes à l'état solide sont confrontés à plusieurs défis, tels qu'une faible conductivité ionique, une mauvaise compatibilité interfaciale avec les matériaux d'électrode et un coût de fabrication élevé. Pour surmonter ces défis, les chercheurs développent divers types d'électrolytes à l'état solide, tels que les électrolytes céramiques, polymères et composites, et explorent de nouvelles techniques de traitement pour améliorer leurs performances et réduire leur coût.
4 : Recyclage et applications de seconde vie
La demande croissante de batteries lithium-ion a soulevé des inquiétudes quant à leur impact environnemental et à l'épuisement des ressources. Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs explorent diverses approches pour recycler et réutiliser les piles usagées. Le recyclage peut récupérer des métaux précieux, tels que le lithium, le cobalt, le nickel
