Nouvelle méthode pour suivre précisément les internes de batterie et piloter les futures solutions énergétiques

L'avenir de la mobilité est les voitures, camions et avions électriques. Mais il n'y a aucun moyen qu'un seul design de batterie puisse alimenter cet avenir. Même les batteries de téléphones portables et d'ordinateurs portables ont des exigences et des designs différents. Les batteries requises 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.

Toute batterie fonctionne sur le même principe : les ions, qui sont des atomes ou molécules avec une charge électrique, transportent un courant de l'anode à la cathode à travers un matériau appelé électrolyte, puis retour. Mais leur mouvement précis à travers ce matériau, qu'il soit liquide ou solide, a déconcerté 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 usages 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 deux à la théorie. Ces méthodes incluent 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 que la batterie modèle se décharge. L'équipe de recherche a ensuite comparé leurs résultats avec des modèles mathématiques. Leur résultat est un chiffre extrêmement précis représentant le courant porté par les ions — ce qu'on appelle le nombre de transport.

Le nombre de transport est essentiellement la quantité de courant portée par les 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 dérivées 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.

Autrefois, la meilleure façon d'étudier le fonctionnement interne des batteries était d'y faire passer un courant, puis d'analyser ce qui s'était passé après. La capacité de tracer les ions en mouvement en temps réel offre aux scientifiques la chance de changer ce mouvement pour l'adapter à leurs besoins de conception de batterie.

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