Voiture électrique : le projet BatMan (NREL) améliore les capacités et la vitesse de charge des batteries avec des lasers

Le Conseil international pour des transports propres (ICCT) considère les véhicules électriques comme l’une des technologies essentielles pour rendre neutre en carbone le secteur des transports d’ici à 2050. Pour y parvenir, les ventes de VE devraient représenter 35 % du marché automobile mondial d’ici à 2030. En améliorant les technologies de batteries, les constructeurs pourraient résoudre certains inconvénients qui contribuent à ralentir l’adoption des VE à grande échelle. On cite souvent l’autonomie limitée de ce type de voiture et son temps de chargement long.

Afin d’optimiser les performances des batteries, cette équipe de recherche du Laboratoire national des énergies renouvelables a notamment mené le projet BatMan (Battery advanced technology manufacturing and novelty). Ce dernier se concentre sur le développement d’un processus de modelage laser des matériaux d’électrodes, qui aurait permis d’obtenir des résultats prometteurs. Découverte.

Pourquoi améliorer les électrodes des batteries ?

Le défi à relever par l’industrie des véhicules électriques est de fabriquer une batterie innovante qui dispose d’électrodes épaisses et qui est plus rapide à charger, tout en maintenant des coûts de fabrication raisonnables. Grâce au projet BatMan, le NREL a déclaré avoir réussi à répondre à ces exigences. Les chercheurs ont mis au point un processus qui utilise le laser pour optimiser les microstructures des matériaux d’électrodes et rationnaliser la production des batteries. En effet, ils ont expliqué que la composition, l’épaisseur et la conception structurelle de l’anode et de la cathode peuvent influencer grandement la capacité, la tension et la vitesse de charge des batteries.

Des électrodes aux structures plus efficaces

En doublant l’épaisseur des électrodes (100 μm par exemple), la densité énergétique d’une cellule de batterie peut augmenter d’environ 16 %, expliquent ces scientifiques. Ce changement peut toutefois ralentir le chargement de la batterie et provoquer des dommages à long terme. Pour contourner ces problèmes, cette équipe de recherche a étudié comment le réseau de pores dans une électrode peut être modifié afin d’améliorer les batteries. En fait, ces pores microscopiques agissent comme des points d’accès permettant de favoriser la diffusion ionique. Ils aident les ions à se déplacer plus rapidement durant la charge et la décharge, sans endommager la cellule. De plus, ils réduisent le temps de saturation de l’électrolyte lors du processus du mouillage de l’électrode.

Le recours à des techniques de pointe

Le NREL a collaboré avec Clarios, Amplitude Laser Group et Liminal Insights au cours de ce projet d’amélioration des batteries pour VE. Les chercheurs ont recouru à un modèle analytique de diffusion et d’optimisation de la conception du réseau de pores secondaires des batteries lithium-ion du laboratoire. Cela leur a permis d’évaluer les formes, les profondeurs et les distributeurs possibles des canaux de pores dans une électrode. Grâce à son Algorithme Génétique, l’équipe a pu déterminer les limites matérielles spécifiques du laser utilisé pour construire les pores. Elle avait donc des modèles avancés qui l’ont aidé à identifier la meilleure disposition des pores.

Do we need another BatMan remake?🦇
How about one from NREL? A recent battery manufacturing project at NREL—affectionately called BatMan—has developed a novel laser patterning process to alter the microstructure of #battery electrode materials. ➡️ https://t.co/vYPGPRLQnX pic.twitter.com/fv1JWt4edk

— NREL (@NREL) February 13, 2024

Selon ces scientifiques, les pores idéaux avaient un motif hexagonal d’une profondeur égale à la moitié de l’épaisseur du revêtement de l’électrode. Ces chercheurs ont aussi ajouté des canaux droits sur la largeur de l’électrode pour améliorer significativement le mouillage de l’électrode structurée. Il est à souligner qu’ils ont utilisé des impulsions laser pour modifier et optimiser de façon rapide et précise les structures des matériaux de batterie. De plus, leur nouveau procédé de modelage laser à haut débit pourrait être combiné à une méthode de fabrication rouleau à rouleau de pointe, qui serait plus abordable. Plus d’informations : Nrel.gov. Que pensez-vous de cette innovation ? Nous vous invitons à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .