Un modèle analytique évalue la capacité de la batterie

L'optimisation de la batterie implique généralement un compromis entre l'énergie (la quantité qu'elle peut stocker) et la densité de puissance (la vitesse de sa libération), qui dépendent toutes des matériaux, de leurs configurations et de structures internes telles que la porosité. Il existe des paramètres réglables associés à la structure qui doivent être optimisés. En règle générale, des dizaines de milliers de calculs doivent être effectués pour rechercher l'espace des paramètres et trouver la meilleure combinaison. C'est un processus qui prend du temps.

Les chercheurs ont développé une méthode plus rapide et plus simple qui ne nécessite pas de simulation numérique complexe pour guider la sélection et la conception des composants de la batterie et leur interaction. Le modèle simplifié a une précision inférieure à 10 % des algorithmes plus intensifs en calcul et permettra aux chercheurs d'évaluer rapidement la capacité de charge des batteries.

Presque tous les concepteurs et optimiseurs de cellules de batterie utilisent des simulations pseudo-bidimensionnelles (P2D), dont l'exécution est coûteuse. Cela devient particulièrement problématique lors de l'optimisation des cellules de batterie, car elles comportent de nombreuses variables et paramètres qui doivent être soigneusement réglés pour optimiser les performances.

Le nouvel outil offre un moyen plus rapide et plus transparent d'accélérer le processus de conception et offre des informations simples et claires qui ne sont pas toujours faciles à obtenir à partir de simulations numériques. Le modèle pourrait être facilement implémenté dans des logiciels courants tels que MATLAB et Excel, et même sur des calculatrices.

Pour tester le modèle, les chercheurs l'ont laissé rechercher la porosité et l'épaisseur optimales d'une électrode dans des batteries à cellules pleines et à demi-cellules courantes. Au cours de ce processus, ils ont découvert que les électrodes à comportement de «réaction uniforme» telles que le nickel-manganèse-cobalt et l'oxyde de nickel-cobalt-aluminium sont les meilleures pour les applications qui nécessitent des électrodes épaisses pour augmenter la densité d'énergie. Ils ont également constaté que les demi-cellules de batterie (avec une seule électrode) ont une capacité de débit intrinsèquement meilleure, ce qui signifie que leurs performances ne sont pas un indicateur fiable de la performance des électrodes dans les cellules complètes utilisées dans les batteries commerciales.