Le nouveau matériel peut aider à réduire les coûts de la batterie pour les voitures électriques, les téléphones cellulaires – ScienceDaily

Dans la bataille des batteries, la technologie lithium-ion est le champion en titre, alimentant ce téléphone portable dans votre poche ainsi qu'un nombre croissant de Véhicules électriques sur la route.

Mais un nouveau matériel à base de ions à base de manganèse et de sodium développé à l'Université du Texas à Dallas, en collaboration avec l'Université nationale de Séoul, pourrait devenir un concurrent, offrant une option potentiellement moins coûteuse et plus respectueuse de l'environnement pour alimenter la prochaine génération Appareils et voitures électriques.

Le coût de la batterie est un problème important, a déclaré le Dr Kyeongjae Cho, professeur de sciences et d'ingénierie des matériaux à la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science et auteur principal d'un article décrivant le nouveau matériel dans la revue Matériaux avancés .

Alors que les fabricants – et les consommateurs – poussent pour plus de véhicules électriques (EV), la production de lithium peut avoir du mal à répondre à la demande croissante, a déclaré Cho. Selon un récent rapport de l'Agence internationale de l'énergie, le stock mondial de véhicules électriques a dépassé 2 millions de véhicules en 2016 après avoir franchi la barre de 1 million en 2015. Le rapport note que, selon l'environnement politique, il y a de fortes chances qu'il Va de 9 millions à 20 millions d'ici 2020 et entre 40 millions et 70 millions d'ici 2025.

En termes d'économies de coûts dans la batterie EV, utiliser du sodium serait moins cher parce que le sodium est plus abondant, mais il présente certains inconvénients.

"Le lithium est une ressource limitée et plus coûteuse qui doit être exploitée à partir de quelques régions du monde", a déclaré Cho. "Malheureusement, bien que les batteries au sodium-ion soient moins chères que celles qui utilisent du lithium, le sodium tend à fournir une densité d'énergie de 20% inférieure à celle du lithium".

La densité d'énergie, ou la capacité de stockage d'énergie, d'une batterie détermine le temps d'exécution d'un périphérique.

"Nous avons utilisé notre expérience précédente et pensé à ces problèmes – comment pouvons-nous combiner ces idées pour trouver quelque chose de nouveau pour résoudre le problème?" Cho dit.

Une batterie se compose d'une électrode positive, ou d'une cathode; Une électrode négative ou une anode; Et un électrolyte entre les deux. Dans une batterie lithium-ion standard, la cathode est faite de lithium, de cobalt, de nickel et d'oxygène, tandis que l'anode est faite de graphite, un type de carbone. Lorsque la batterie est chargée, les ions lithium se déplacent à travers l'électrolyte vers l'anode et se fixent au carbone. Pendant la décharge, les ions de lithium remontent à la cathode et fournissent de l'énergie électrique pour faire fonctionner des appareils.

"Il y a plusieurs années, il y avait beaucoup d'espoir dans l'utilisation de l'oxyde de manganèse dans les cathodes de la batterie au lithium-ion pour augmenter la capacité, mais malheureusement, cette combinaison devient instable", a déclaré Cho.

Dans le design développé par Cho et ses collègues, le sodium remplace la majeure partie du lithium dans la cathode, et le manganèse est utilisé au lieu des éléments les plus coûteux et les plus rares de cobalt et de nickel.

"Notre matériau ionique de sodium est plus stable, mais il maintient encore la capacité énergétique élevée du lithium", a déclaré Cho. "Et nous croyons que cela est évolutif, qui est l'objet de notre recherche. Nous voulons fabriquer le matériel de manière à ce que le processus soit compatible avec la production de masse commerciale".

Sur la base de leur connaissance de la physique et de la chimie d'autres matériaux expérimentaux, les chercheurs ont attaqué le problème avec une conception matérielle rationnelle. Ils ont d'abord exécuté des simulations informatiques pour déterminer la configuration des atomes qui se sont révélés les plus prometteurs avant de fabriquer et de tester le matériel dans le laboratoire.

Cho a déclaré que sa recherche ne consiste pas seulement à proposer une meilleure batterie. La façon dont la recherche a été menée est tout aussi importante et aussi intéressante, a-t-il déclaré.

"Lorsque Thomas Edison essayait de développer une ampoule, il a essayé des milliers de matériaux différents pour le filament pour voir ceux qui ont travaillé", a déclaré Cho. "Pour résoudre des problèmes d'ingénierie très importants dans la société aujourd'hui, nous devons développer beaucoup de nouveaux matériaux – matériaux de batterie, matériaux de contrôle de la pollution et autres. Edison perfectionnait un élément – l'ampoule – mais nous avons tellement d'autres besoins technologiques . Nous n'avons pas le temps de continuer à essayer de trouver accidentellement la solution. "

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