Révolution des batteries : percées grâce à la microscopie à rayons X pour une énergie durable
ParisDes avancées récentes dans la technologie des batteries permettent d'améliorer le stockage d'énergie grâce à l'utilisation de techniques avancées de microscopie à rayons X. Les scientifiques cherchent à augmenter la capacité des batteries lithium-ion en se concentrant sur les oxydes de métaux de transition lithium-riches en couches (LRTMOs) pour les cathodes des batteries. Ces matériaux ont un potentiel énergétique élevé mais se dégradent rapidement après plusieurs cycles de charge. Des chercheurs de diverses institutions chinoises, en collaboration avec des experts en microscopie à rayons X de BESSY II, étudient les changements structurels et chimiques responsables de ce vieillissement rapide.
Les chercheurs de BESSY II utilisent un outil particulier, le microscope à rayons X par transmission (TXM), pour analyser de près les minuscules composants des matériaux de batterie. Cette nouvelle méthode leur permet d'explorer :
Tomographie 3D et nanospectroscopie des matériaux. Visualisation des déformations locales du réseau cristallin et des transitions de phase à l'échelle nanométrique. Imagerie des niveaux d'énergie spécifiques aux éléments, offrant une vue en quatre dimensions des structures.
Les nouvelles techniques révolutionnent notre compréhension des batteries au lithium-ion à un niveau microscopique. L'étude aux rayons X menée par le Dr. Peter Guttmann, complétée par d'autres tests précis, fournit des informations cruciales. Une charge lente semble provoquer des modifications indésirables et une perte d'oxygène, tandis qu'une charge rapide entraîne des altérations structurelles et une répartition inégale des ions lithium. Cette analyse minutieuse des transformations des batteries aide les chercheurs à concevoir des batteries qui durent plus longtemps et fonctionnent mieux.
Cette étude revêt un intérêt qui dépasse le cadre académique. Avec la demande mondiale croissante pour un stockage d'énergie efficace, les industries recherchent des batteries durables et résistantes. En comprenant le comportement structurel et chimique des LRTMOs, les fabricants peuvent concevoir des cathodes qui restent stables au fil de nombreux cycles de charge. Ceci pourrait conduire à des batteries plus robustes pour les véhicules électriques, l'électronique portable et les systèmes de stockage d'énergie renouvelable.
La recherche souligne l'importance d'étudier le comportement des matériaux en temps réel lors du chargement et du déchargement des batteries. Les scientifiques utilisent la microscopie à rayons X pour identifier les problèmes et développer des solutions. Ce travail vise à rendre les batteries plus robustes, plus efficaces et indispensables pour une énergie durable.
L'étude est publiée ici:
http://dx.doi.org/10.1038/s41565-024-01773-4et sa citation officielle - y compris les auteurs et la revue - est
Zhimeng Liu, Yuqiang Zeng, Junyang Tan, Hailong Wang, Yudong Zhu, Xin Geng, Peter Guttmann, Xu Hou, Yang Yang, Yunkai Xu, Peter Cloetens, Dong Zhou, Yinping Wei, Jun Lu, Jie Li, Bilu Liu, Martin Winter, Robert Kostecki, Yuanjing Lin, Xin He. Revealing the degradation pathways of layered Li-rich oxide cathodes. Nature Nanotechnology, 2024; DOI: 10.1038/s41565-024-01773-4
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