Des chercheurs suggèrent qu’on pourrait recharger les batteries Lithium-ion 5 fois plus vite

Grâce à un nouveau dispositif permettant de les tester

Des chercheurs du WMG de l’Université de Warwick, une université britannique basée à Coventry, ont ​​développé un nouveau procédé qui permettrait de tester les batteries Lithium-ion et d’améliorer la qualité et les performances des dispositifs de stockage d’énergie actuellement utilisés. Les données acquises grâce à ce procédé seraient beaucoup plus précises et fiables que les mesures externes effectuées habituellement.

Il faut préciser que, jusqu’à présent, les tests de température interne (et l’acquisition de données sur le potentiel de chaque électrode) dans une batterie se sont avérés impossibles à mettre en œuvre ou peu pratiques, car ils affectaient toujours de manière significative les performances de cette dernière.

Le procédé mis en avant par les travaux de l’équipe de recherche du WMG utilise un dispositif qui peut avoir un contact direct avec toutes les pièces clés de la batterie et résister aux contraintes électriques, chimiques et mécaniques infligées pendant le fonctionnement des batteries tout en permettant une mesure précise des variations de la température et des potentiels. Le dispositif intégré comprend une électrode de référence couplée à un capteur de température en fibre optique préalablement traité avec un revêtement externe d’éthylène propylène fluoré (FEP).

Ce dispositif permet une surveillance directe et précise de la température interne et de l’état des électrodes des batteries Lithium-ion de différents formats. Cette technologie a l’avantage de pouvoir être utilisée pendant le fonctionnement normal d’une batterie sans altérer les performances de cette dernière. Elle a notamment été testée sur des dispositifs de stockage d’énergie de classe automobile qui sont disponibles dans le commerce.

En s’appuyant sur la mesure précise des variations de la température interne et des potentiels au niveau des électrodes des batteries Lithium-ion, les chercheurs du WMG se sont rendu compte qu’elles pouvaient être rechargées jusqu’à cinq fois plus rapidement comparées aux limites de charge actuellement recommandées.

Les fabricants de matériels imposent actuellement un taux ou une intensité de charge maximale pour les batteries qu’ils produisent en fonction de ce qu’ils estiment être la température seuil ou les niveaux de potentiels limites à ne pas franchir. Ces mesures leur permettent de s’assurer que leurs batteries ne seront pas sujettes à une détérioration accélérée ou à une défaillance catastrophique qui peuvent être occasionnées par la surchauffe ou l’altération structurelle anormale de ces dispositifs dédiés au stockage de l’énergie.

S’agissant des risques liés à l’augmentation excessive de la température d’une batterie, il faut savoir que la surchauffe peut entrainer une détérioration plus ou moins importante de l’électrolyte d’une batterie et conduire à des situations dangereuses où l’électrolyte se décompose pour former des gaz inflammables et provoquer une accumulation de pression importante.

S’agissant des risques liés à l’altération des électrodes d’une batterie, il faut savoir qu’une surcharge au niveau de l’anode d’un accumulateur peut causer une galvanoplastie au lithium et occasionner par la suite la formation de dendrites métalliques puis l’altération du séparateur, provoquant ainsi un court-circuit interne avec la cathode et une défaillance catastrophique ultérieure de la batterie.

La technologie développée par les chercheurs du WMG de l’université de Warwick devrait permettre de faire progresser la science des matériaux entrant dans la conception des batteries, notamment les composantes thermiques et électriques des nouveaux matériaux, et d’optimiser le temps de charge des futurs dispositifs de stockage d’énergie. Ils ont publié les résultats de leur recherche ce mois-ci dans la revue scientifique Electrochimica Acta dans un article intitulé « Understanding the limits of rapid charging using instrumented commercial 18650 high-energy Li-ion cells ».

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