Identification d'un élément clé pour booster l'autonomie des voitures électriques

Publié par Adrien le 27/04/2022 à 09:00
Source: CNRS INC
Caractériser l'architecture des électrodes de batteries Li-ion est indispensable pour comprendre leurs mécanismes de vieillissement et rechercher des solutions d'amélioration de leurs performances. Les scientifiques de l'Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN - CNRS/Nantes Université) sont parvenus à observer pour la première fois le liant (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre....) polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un...), un constituant clé des nouvelles électrodes à base de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) et de graphite (Le graphite est un minéral qui est, avec le diamant, la lonsdaléite et la chaoite, l'un...) envisagées pour booster (Le nom de booster (ou propulseur d'appoint) est donné au moteur-fusée qui est attaché aux...) l'autonomie des véhicules électriques. Ces résultats ont été publiés et ont fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'une couverture dans la revue Advanced Energy Materials.


Observation d'un fragment d'une électrode négative de batterie Li-ion prélevé au bout du 30ème cycle. A gauche, image obtenue au STEM, et à droite cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le...) des phases en présence, obtenue par VEELS.
© Jianhan Xiong et al.

Ce liant est essentiel au maintien de la cohésion des électrodes, et permet leur cyclabilité. L'emploi de la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) électronique en transmission (STEM), en mode balayage, couplées à la spectroscopie de perte d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) des électrons de la bande de valence (En physique du solide, la bande de valence est la bande d'énergie où se situent les électrons...) (VEELS), a permis de visualiser la disposition du liant à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) d'électrodes à différentes étapes du cyclage et de prouver son rôle d'agent de passivation de la surface des matériaux d'électrode, également crucial pour minimiser les réactions parasites entre ces derniers et l'électrolyte de la batterie. Parvenir à visualiser le liant est essentiel pour comprendre son fonctionnement et ainsi l'optimiser.

Ces résultats ont été rendus possible grâce à la résolution exceptionnelle du microscope de nouvelle génération Nant'Themis (THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) est une mission de la...) installé en 2018 à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN). Ils récompensent par ailleurs les recherches de l'équipe ST2E (Stockage et Transformation Electrochimiques de l'Energie) de l'IMN, engagée de longue date dans l'étude et l'amélioration des performances des batteries Li-ion.

Référence:
From the Direct Observation of a PAA-Based Binder Using STEM-VEELS to the Ageing Mechanism of Silicon/Graphite Anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la...) with High Areal Capacity Cycled in an FEC-Rich and EC-Free Electrolyte
Jianhan Xiong, Nicolas Dupré, Philippe Moreau, and Bernard Lestriez, Advanced Energy Materials, 24 mars 2022.
https://doi.org/10.1002/aenm.202270049
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