Qu’est-ce qui alimente votre monde ?
Les batteries ont alimenté la vie qui nous entoure pendant des années, des produits ménagers aux dispositifs médicaux vitaux, en passant par nos jouets d’enfance préférés. De nos jours, les domaines d’application des batteries sont plus nombreux que jamais, ce qui influe sur l’intensification de la recherche pour étudier la façon dont elles peuvent être utilisées pour alimenter durablement notre avenir.
Comment fonctionne une batterie ?
Une batterie lithium-ion comprend quatre composants principaux : cathode, anode, séparateur et électrolyte. Dans une batterie en fonctionnement, les ions lithium circulent de l’anode vers la cathode pendant la décharge. Les ions lithium circulent en sens inverse lors de la recharge. Chaque cellule de batterie ne produit qu’une quantité limitée d’énergie. Les cellules sont donc souvent combinées entre elles pour former des batteries d’accumulateurs, qui peuvent à leur tour être combinées entre elles pour former des modules de batterie pour les applications de stockage d’énergie qui nécessitent des quantités d’énergie plus élevées comme les véhicules électriques et le stockage d’énergie à grande échelle. Les matériaux qui composent la cathode, l’anode, le séparateur et l’électrolyte permettent de définir les six principales caractéristiques de performance d’une batterie : durée de fonctionnement, sécurité, durée de vie, puissance, densité d’énergie et coûts.
Apprenez-en davantage sur la manière dont le Spectroscopie de rhéo-impédance peut vous aider à optimiser vos boues d’électrodes de batterie.
Fabriquer une batterie : comment choisir les bons matériaux
Un aspect clé de la sélection des meilleurs matériaux pour chaque partie de la batterie afin d’optimiser les six principales caractéristiques de performance est la caractérisation analytique avancée. L’un des paramètres les plus critiques lors du choix des matériaux est la tolérance thermique, car les matériaux qui composent une batterie en fonctionnement doivent résister à des températures allant de -20 °C à 60 °C. La technique analytique connue sous le nom d’analyse thermique est idéale pour tester les tolérances et la stabilité thermique des matériaux de la batterie. L’analyse thermique permet d’obtenir des paramètres thermiques tels que la température de décomposition, la composition chimique, le degré d’oxydation, la composition du solvant, la température de fusion, la transition vitreuse et la stabilité thermique.
L’analyse thermique combinée à des essais mécaniques permet de comprendre la stabilité dimensionnelle de la longueur et de la forme d’un polymère, par exemple, du séparateur en polymère. Ces informations thermiques et dimensionnelles contribuent à prévenir la défaillance du séparateur et à garantir la sécurité de la batterie.
Enfin, l’assemblage des matériaux lors de la fabrication nécessite souvent de travailler avec des suspensions de particules solides, des liants et des solvants. À ce stade, la rhéologie fournit des informations essentielles sur les suspensions (encres) d’électrode à chaque étape de la fabrication, dont le stockage, le mélange, l’enduction et le séchage. La mesure du profil rhéologique contribue à obtenir un revêtement uniforme et sans défaut qui conduit à la production d’électrodes uniformes de haute qualité avec une répétabilité élevée d’un lot à l’autre et de faibles taux de rebut.
Que votre objectif soit de créer une batterie plus performante avec un encombrement réduit ou de développer une toute nouvelle batterie à partir de matériaux plus durables, la clé du succès est de connaître les propriétés thermiques, rhéologiques, calorimétriques et mécaniques des matériaux des principaux composants de votre batterie. Waters-TA Instruments fournit aux chercheurs experts dans le domaine des batteries les outils de caractérisation analytique avancés nécessaires pour développer une technologie de batterie plus performante et plus sûre. Contactez-nous dès aujourd’hui pour lancer la conception du workflow qui vous permettra de réussir.
