Silicium et LNMO : densité énergétique 60 % plus élevée des batteries Li-Ion sans cobalt

Différents types Accumulateurs Li-Ion il en existe de nombreux, et en plus des mélanges traditionnels comme LCO, LMO, NMC, NCA, LFP et LTO, il en existe également de nouveaux, comme LNMO. Ce sont des batteries sans cobalt, elles réduisent donc la dépendance à l’égard de matières sources problématiques, qui sont principalement le cobalt. Ils sont basés sur des batteries LMO, que l’on trouve par exemple dans les outils électriques tels que les perceuses et autres appareils similaires, où la capacité n’est pas aussi importante qu’un rapport puissance/capacité très élevé (c’est-à-dire un taux de décharge élevé, ce qui peut sembler indésirable, mais cela signifie un taux de décharge élevé). prestation fournie). Leur inconvénient, outre une densité énergétique peu élevée, est avant tout une durée de vie littéralement tragique, encore inférieure à celle des LCO, utilisés dans l’électronique ordinaire. Et tandis que le LMO contre le LCO remplace le cobalt par du manganèse, le LNMO remplace une partie de ce manganèse par du nickel. Le résultat surtout contre le LCO améliore la sécurité (c’est un gros problème avec le LCO, ce sont les batteries lithium les plus dangereuses), le prix devrait aussi être raisonnable et surtout (contre le LMO) la densité énergétique augmente significativement. Toutefois, la longévité n’est pas très rose. Cependant, à l’Université de Tokyo, ils ont essayé d’améliorer encore ces accumulateurs et ont maintenant partagé les résultats de leurs recherches.

L’un des principaux avantages du LNMO en général est une tension beaucoup plus élevée que celle habituelle de la plupart des batteries Li-Ion (elles ont une tension de fonctionnement de 3,6 à 3,7 V, se chargeant à 4,2-4,3 V). Le LNMO est généralement chargé à environ 5 V, et dans le cas des accumulateurs nouvellement présentés en provenance du Japon, il s’agit de 4,9 V, la tension de fonctionnement étant de 4,3 V. Cela représente déjà une amélioration de 20 % (la quantité d’énergie que l’accumulateur stocke , est le produit de la capacité et de la tension, qui est ici 20 % plus élevée). Mais le problème avec le LNMO est que la capacité est généralement inférieure, de sorte que la quantité d’énergie qui en résulte n’est généralement pas si miraculeusement élevée.

Mais il est surprenant que les scientifiques aient combiné la cathode LNMO, qui n’a pas vraiment une longue durée de vie, avec une anode en silicium, qui présente le même problème. Bien que le silicium augmente considérablement la densité énergétique, il modifie malheureusement son volume jusqu’à 3 fois (parfois jusqu’à 4 fois) lors de la décharge et de la charge, ce qui constitue un gros problème avec les batteries. Il faut donc rechercher un électrolyte capable de supporter ces changements de volume sans augmenter le risque de son endommagement et de contact entre l’anode et la cathode. Après plusieurs tests, le 3,4 M LiFSI/FEMC a commencé à apparaître comme le matériau idéal.

Les chercheurs affirment que la batterie résultante a finalement une densité énergétique 60 % plus élevée que les batteries au lithium standard, mais c’est un terme si large qu’il ne dit rien du tout (il existe des batteries au lithium avec 60 ou 300 Wh/kg). ). On sait seulement que le maximum théorique de cette combinaison devrait être de 610 Wh/kg, mais c’est un cas théorique idéal. Là où c’est un peu plus clair, c’est la durée de vie. Les chercheurs ont essayé plusieurs types et l’électrolyte susmentionné enrichi en FEC et LiPo2F2 a montré les meilleurs résultats, et selon le rapport pondéral de la cathode et de l’anode, la durée de vie était d’environ 73 à 79 % de la capacité d’origine après 1 000 cycles de charge (0,3 C /1.0C), ce qui n’est pas mal. Le résultat a été testé sur une pile bouton 2032. Il est bon de noter ici qu’il s’agit du résultat d’un article scientifique, c’est-à-dire quelque chose qui est dans la première moitié du processus de développement et de commercialisation d’une telle pile (c’est-à-dire, ne attendez-vous à ce qu’il soit sur le marché dans les 5 à 7 prochaines années).