Des ordinateurs portables ultralégers jusqu’à la conduite de véhicules électriques tout-terrain, de nombreuses applications nécessitent une augmentation de l’intensité énergétique et des performances des batteries lithium-ion. Dans la mesure où les électrodes contribuent directement aux caractéristiques fonctionnelles des batteries, les électrodes et leurs composants revêtent un intérêt particulier pour les chercheurs qui tentent de faire passer la technologie de ce domaine au niveau supérieur. Le traitement des boues de batterie constitue également une étape essentielle de la fabrication, car elle offre de multiples opportunités d’augmenter l’efficacité tout en réduisant les coûts.

L’optimisation de la stabilité et de la fluidité des boues nécessite de trouver la bonne formulation des matériaux de la cathode et de l’anode, du liant, des additifs et du solvant. La rhéologie, c’est-à-dire l’étude de l’écoulement et de la déformation des matériaux, est une méthode d’analyse utile dans la recherche, le développement et le contrôle qualité des boues.

La rhéologie permet d’aider les producteurs de batteries à mesurer et à analyser les principales qualités des boues, notamment :

• Le mélange et le revêtement
• Les changements structuraux et la récupération
• La stabilité et la durée de vie
• L’homogénéité des électrodes
• Le contrôle qualité

Trois mesures rhéologiques sont essentielles pour les boues de batterie : viscosité, indice thixotrope et limite d’élasticité.

La viscosité mesure la résistance d’une boue à l’écoulement, ou son frottement interne. La formulation d’une boue et les matières premières peuvent fortement altérer son comportement à l’écoulement. Comprendre l’écoulement d’une boue est important afin d’optimiser les conditions de traitement pour le mélange et le revêtement.

Le comportement thixotrope décrit les changements en fonction du temps au cours de la déformation structurelle d’un matériau. Elle apporte des informations sur la structure de la boue au repos, sur la manière dont elle se déforme pendant le revêtement et sur la rapidité avec laquelle elle récupère après le revêtement.

La limite d’élasticité est la force appliquée à laquelle le matériau commence à s’écouler. À des valeurs inférieures à la limite d’élasticité, le matériau ne s’écoule pas. La limite d’élasticité est essentielle pour prévoir la durée de vie et la stabilité d’une boue vis-à-vis de la sédimentation.

La rhéologie des boues aide les chercheurs à déterminer la meilleure formulation pour leurs électrodes. Par exemple, la rhéologie permet de différencier de manière sensible les conditions de stabilité entre de multiples formulations de boues différentes. Une étude effectuée dans le guide Techniques essentielles de caractérisation des boues de batterie a utilisé des analyses rhéologiques pour identifier les meilleurs mélanges homogènes et les performances de batteries supérieures. Voir l’expérimentation et les résultats dans l’eBook ici.

La matrice des boues d’électrodes comprend des poudres actives qui sont essentielles au fonctionnement et à la performance des batteries. La rhéologie des poudres mesure la cohésion, la limite d’élasticité et l’écoulement d’un matériau poudreux. Les traitements de la forme, de la taille et de la surface d’une poudre peuvent cependant altérer le comportement d’une boue, d’une diminution de sa viscosité à une plus grande facilité de dispersion. La rhéologie des poudres apporte des informations sur les conditions de stockage idéales et le traitement pour un écoulement optimal des poudres tout en empêchant leur agglomération. Vous pouvez voir comment la rhéologie des poudres contribue à réduire les agrégats et obtenir des revêtements d’électrodes homogènes dans l’étude figurant sur la page onze de l’eBook Techniques essentielles de caractérisation des boues de batterie.

Les chercheurs utilisent également la rhéologie pour développer de meilleures conditions de traitement de leurs boues d’électrodes. Hawley et Li, respectivement du laboratoire national d’Oak Ridge et de l’Université du Tennessee, ont publié les résultats sur les températures de mélange et de revêtement des boues en utilisant un rhéomètre hybride de Discovery de TA Instruments pour explorer les propriétés des boues afin d’optimiser les conditions de traitement. Ils ont observé qu’augmenter la température de traitement permettait un revêtement plus rapide et davantage exempt de défauts, tout en réduisant les déchets de traitement et en améliorant la résistance à la sédimentation.

Grâce à une technologie intuitive de pointe, obtenir des mesures et une analyse fiables de rhéologie des boues n’a jamais été aussi facile. Le rhéomètre hybride Discovery de TA Instruments établit la norme de l’industrie quant aux performances, à la facilité d’utilisation et à la polyvalence des tests rhéologiques.

Vous trouverez des informations complémentaires sur l’application de la rhéologie des boues ainsi que des exemples d’expérimentations réelles dans l’eBook intégral sur la rhéologie des boues. Cette ressource gratuite rassemble des études démontrant comment optimiser les formulations et les conditions de traitement des boues pour améliorer les performances des batteries.

Pour des conseils personnalisés sur la manière dont la rhéologie des boues peut faire avancer votre développement de batteries, veuillez contacter les experts de TA Instruments.