La méthode suit ce qui se passe à l'intérieur des batteries

L'avenir de la mobilité, ce sont les voitures, les camions et les avions électriques. Mais il est impossible qu'une seule conception de batterie puisse alimenter cet avenir. Même les batteries de téléphones portables et d'ordinateurs portables ont des exigences et des conceptions différentes. Les batteries nécessaires au cours des prochaines décennies devront être adaptées à leurs usages spécifiques. Et cela signifie comprendre exactement ce qui se passe, aussi précisément que possible, à l'intérieur de chaque type de batterie.

Chaque batterie fonctionne sur le même principe :les ions, qui sont des atomes ou des molécules avec une charge électrique, transportent un courant de l'anode à la cathode à travers un matériau appelé l'électrolyte, puis reviennent. Mais leur mouvement précis à travers ce matériau, qu'il soit liquide ou solide, a intrigué les scientifiques pendant des décennies. Savoir exactement comment différents types d'ions se déplacent à travers différents types d'électrolytes aidera les chercheurs à comprendre comment affecter ce mouvement pour créer des batteries qui se chargent et se déchargent de la manière la plus adaptée à leurs utilisations spécifiques.

Une équipe de scientifiques a démontré une combinaison de techniques qui permet la mesure précise des ions se déplaçant à travers une batterie. La combinaison de différentes méthodes expérimentales mesure la vitesse et la concentration, puis les compare toutes les deux à la théorie. Ces méthodes comprennent l'utilisation de rayons X ultra-brillants pour mesurer la vitesse des ions se déplaçant à travers la batterie et pour mesurer simultanément la concentration d'ions dans l'électrolyte pendant qu'une batterie modèle se décharge. L'équipe de recherche a ensuite comparé ses résultats avec des modèles mathématiques. Leur résultat est un chiffre extrêmement précis représentant le courant transporté par les ions - ce qu'on appelle le nombre de transport.

Le nombre de transport est essentiellement la quantité de courant transporté par des ions chargés positivement par rapport au courant électrique global; les calculs de l'équipe placent ce nombre à environ 0,2. Cette conclusion diffère de celles obtenues par d'autres méthodes en raison de la sensibilité de cette nouvelle façon de mesurer le mouvement des ions.

Pour cette expérience, l'équipe de recherche a utilisé un électrolyte polymère solide au lieu des liquides largement utilisés pour les batteries lithium-ion. Les polymères sont plus sûrs car ils évitent les problèmes d'inflammabilité de certains électrolytes liquides.

Dans le passé, la meilleure façon de rechercher le fonctionnement interne des batteries était d'envoyer un courant à travers elles, puis d'analyser ce qui s'est passé par la suite. La possibilité de suivre les ions en mouvement en temps réel offre aux scientifiques la possibilité de modifier ce mouvement en fonction de leurs besoins en matière de conception de batterie.

L'étape suivante consiste à analyser des polymères plus complexes et d'autres matériaux, tels que le calcium et le zinc, et éventuellement des électrolytes liquides.