Des chercheurs en Chine rapportent 711,3 Wh/kg Li

Dans un article paru dans Chinese Physical Letters, des chercheurs de l'Académie chinoise des sciences rapportent la fabrication de batteries au lithium rechargeables pratiques de type poche avec une densité d'énergie gravimétrique de 711,3 Wh⋅kg−1 et une densité d'énergie volumétrique de 1653,65 Wh⋅L−1. Les batteries lithium-ion pratiques avancées actuelles ont une densité d'énergie d'environ 300 Wh⋅kg-1.

Lee et al.

L'équipe a utilisé des matériaux de batterie hautes performances, notamment une cathode à base de manganèse riche en lithium (LRM) à haute capacité et une anode métallique au lithium mince à énergie spécifique élevée, combinées à une préparation d'électrode à charge élevée et à une injection d'électrolyte pauvre.

Conception de la batterie : (a) la batterie lithium-ion commerciale existante de 300 Wh·kg−1 ; (b) l'augmentation de la densité d'énergie dans les batteries au lithium pratiques en augmentant la densité d'énergie des matériaux d'électrodes actives et en diminuant la masse des matériaux auxiliaires ; (c) la construction en masse d'une batterie de 700 Wh·kg−1 impliquée dans ce travail. Li et al.

À l'heure actuelle, la densité d'énergie des batteries lithium-ion commerciales avancées a atteint le niveau de 300W·h·kg-1. … En raison d'une prise en compte globale des performances de cyclage, des performances de vitesse, de la sécurité, de l'adaptabilité à l'environnement, etc., la proportion de matériaux de cathode actifs est toujours faible, au niveau de 50%, tandis que la proportion de matériaux d'anode représente 18%–25 % et d'autres matériaux auxiliaires occupent 25 à 30 % de la masse totale.

Sans tenir compte de tous les autres aspects, en se concentrant uniquement sur la densité d'énergie, des approches telles que l'adoption de matériaux de cathode et d'anode avec une énergie spécifique plus élevée, l'augmentation de la masse de chargement des électrodes, la réduction du rapport entre la masse d'électrolyte et la capacité de la batterie (E/C) et l'adoption de collecteurs plus légers et plus minces , séparateurs, matériaux d'emballage, etc. sont tous réalisables pour atteindre une valeur élevée de densité d'énergie. Après une analyse approfondie de la conception de la batterie existante de 300 W·h·kg-1, nous calculons la dépendance entre la densité d'énergie et plusieurs composants principaux, indépendamment de la fonctionnalité normale des batteries. Les résultats montrent que les matériaux de cathode et d'anode, la masse de charge et le rapport E/C sont dominants dans l'amélioration de la densité d'énergie. … Malheureusement, le changement de chaque composant ne peut garantir que la batterie atteigne une densité d'énergie supérieure à 400 Wh·h·kg-1. La fabrication de batteries à haute densité d'énergie ne peut être obtenue que par la synergie des facteurs mentionnés ci-dessus.

L'équipe a utilisé une cathode LRM à capacité spécifique élevée avec une plage de tension élargie et une anode en métal Li de 20 μm stabilisée par un séparateur en PVDF. La capacité de surface spécifique unilatérale de la cathode dépasse 10 mAh·cm-2 et la densité compacte est supérieure à 2,6 g·cm-3. Les collecteurs de courant sont constitués d'une feuille ultra-mince d'Al (9 μm) et de Cu (6 μm) et le rapport E/C est de 1,3 g·A−1 ·h−1.

Dans la plage de tension de charge-décharge de routine de 2 à 4,8 V, la batterie pleine de 9,72 Ah présente une densité d'énergie gravimétrique de 601,78 Wh·kg-1 et une densité d'énergie volumétrique de plus de 1 175,56 Wh·L-1 [Fig. 4(a)], et la capacité de décharge de la batterie n'a pas de déclin évident après 3 cycles.

En étendant davantage la plage de tension de fonctionnement à 1,25–4,8 V, l'énergie contenue dans l'intervalle de basse tension aide la densité d'énergie gravimétrique jusqu'à 701,06 Wh·kg−1 et la densité d'énergie volumétrique jusqu'à 1621,84 Wh·L−1. Malgré une petite réduction de capacité au deuxième cycle, la capacité de la batterie affiche une rétention élevée de 78,2 % au troisième cycle. La densité d'énergie est de 711,3 Wh·kg−1 et 1653,65 Wh·L−1 selon un rapport de test tiers de batteries parallèles. Le changement de volume de la cellule initiale n'est que de 5,09% après le premier cycle.

… nous devons noter qu'il y a toujours une contradiction entre la densité d'énergie, les performances de cyclage, les performances de taux et la sécurité des batteries au lithium. Par conséquent, ces paramètres doivent encore être pris en compte de manière globale pour répondre à la demande de domaines spécifiques à l'avenir.

Ressources

Quan Li et al. (2023) "Une batterie au lithium de type pochette rechargeable de 700 Wh kg−1" Chinese Phys. Lett. doi : 10.1088/0256-307X/40/4/048201

Publié le 29 avril 2023 dans Batteries, Chine, Contexte du marché | Lien permanent | Commentaires (2)