Batterie de véhicule électrique toutes saisons

DOE/Laboratoire National d’Argonne

De nombreux propriétaires électrique Les voitures s’inquiètent de l’efficacité de leur batterie par temps très froid. Maintenant, une nouvelle chimie de batterie a peut-être résolu ce problème.

Maintenant Batteries lithium-ionLe principal problème réside dans l’électrolyte liquide. Ce composant principal de la batterie transfère des molécules porteuses de charge appelées ions entre les deux électrodes de la batterie, provoquant la charge et la décharge de la batterie. Mais le liquide commence à geler à des températures inférieures à zéro. Cette exigence limite considérablement l’efficacité de la recharge des véhicules électriques dans les régions et les saisons froides.

Pour résoudre ce problème, une équipe de scientifiques du Département américain de l’énergie (DOE) National Argonne et Lawrence Berkeley Laboratories a développé un électrolyte qui contient du fluor et fonctionne bien même à des températures inférieures à zéro.

“Nos recherches ont ainsi démontré comment adapter la structure atomique des solvants électrolytiques pour concevoir de nouveaux électrolytes pour des températures inférieures à zéro. » —John Zhang, chef du groupe Argonne

a déclaré Zhengcheng “John” Zhang, chimiste principal et chef de groupe au Département des sciences et de l’ingénierie chimiques d’Argonne.

Cet électrolyte à basse température est prometteur pour les batteries des véhicules électriques, ainsi que pour le stockage d’énergie des réseaux électriques et de l’électronique grand public comme les ordinateurs et les téléphones.

Dans les batteries lithium-ion actuelles, l’électrolyte est un mélange d’un sel largement disponible (hexafluorophosphate de lithium) et d’un solvant carbonate tel que le carbonate d’éthylène. Les solvants dissolvent le sel pour former un liquide.

Lorsque la batterie est chargée, l’électrolyte liquide transfère les ions lithium de la cathode (oxyde contenant du lithium) à l’anode (graphite). Ces ions migrent de la cathode, puis traversent l’électrolyte pour se rendre à l’anode. Lorsqu’il est transporté à travers l’électrolyte, il se trouve au centre de groupes de quatre ou cinq molécules de solvant.

Au cours des premières charges, ces groupes frappent la surface de l’anode et forment une couche protectrice appelée interphase électrolyte solide. Une fois formée, cette couche agit comme un filtre. Seuls les ions lithium sont autorisés à traverser la couche tandis que les molécules de solvant sont empêchées. De cette manière, l’anode est capable de stocker des atomes de lithium dans la structure en graphite lors de la charge. Lors de la décharge, les réactions électrochimiques libèrent des électrons du lithium pour générer de l’électricité qui peut alimenter les véhicules.

Le problème est qu’à des températures froides, l’électrolyte avec les solvants carbonate commence à se solidifier. En conséquence, il perd la capacité de transférer des ions lithium à l’anode chargée. En effet, les ions lithium sont étroitement liés au sein des groupes de solvants. Ainsi, ces ions nécessitent une énergie beaucoup plus élevée pour évacuer leurs groupements et pénétrer la couche d’interface par rapport à la température ambiante. Pour cette raison, les scientifiques ont cherché un meilleur solvant.

L’équipe a examiné plusieurs solvants contenant du fluor. Ils ont pu identifier la structure qui présentait la barrière d’énergie la plus faible pour libérer les ions lithium des amas à des températures inférieures à zéro. Ils ont également identifié au niveau atomique pourquoi cette combinaison particulière fonctionne. Dépend de la position et du nombre d’atomes de fluor dans chaque molécule de solvant.

Lors de tests avec des cellules de laboratoire, l’électrolyte fluoré de l’équipe a conservé une capacité de stockage d’énergie constante pendant 400 cycles de charge-décharge à moins 4 F. Même à des températures inférieures à zéro, la capacité était équivalente à une cellule avec un électrolyte conventionnel à base de carbonate à la pièce. température.

“Notre recherche montre ainsi comment adapter la structure atomique des solvants électrolytiques pour concevoir de nouveaux électrolytes pour des températures inférieures à zéro”, a déclaré Zhang.

L’électrolyte antigel a une propriété supplémentaire. Il est plus sûr que les électrolytes à base de carbonate actuellement utilisés, car il ne s’enflamme pas.

“Nous sommes en train de breveter un électrolyte à plus basse température et plus sûr, et recherchons maintenant un partenaire industriel pour l’adapter à l’une de leurs conceptions de batteries lithium-ion”, a déclaré Zhang.