Chaque type de 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 électrolyte. Mais leur mouvement précis à travers ce matériau, 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 pourrait aider les chercheurs à comprendre comment affecter ce mouvement et à créer des batteries qui se chargent et se déchargent de la manière la mieux adaptée à leurs utilisations spécifiques.
Dans cette optique, des chercheurs du laboratoire américain Argonne ont réalisé des travaux qui ont abouti à la mise au point d’une nouvelle méthode destinée à mesurer précisément le mouvement de ces ions à travers une batterie. Ce qui pourrait être la clé pour concevoir des batteries plus efficaces pour des usages spécifiques, comme les voitures électriques et les avions.
L’équipe de scientifiques en question a utilisé une combinaison de techniques pour mesurer avec précision les ions se déplaçant dans une batterie. Il s’agit d’une combinaison de différentes méthodes expérimentales pour mesurer la vitesse et la concentration, puis les comparer à la théorie.
À l’aide de l’Advanced Photon Source (APS), une installation du Département américain de l’énergie (DOE) installée au laboratoire Argonne, ces chercheurs n’ont pas seulement observé l’intérieur d’une batterie pendant qu’elle fonctionne, ils ont aussi analysé un faisceau de réactions en temps réel jusqu’à la décharge complète de la batterie.
Ces méthodes comprenaient entre autres 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. L’équipe de recherche a ensuite comparé leurs résultats avec des modèles mathématiques. Le tout s’avérant être un chiffre extrêmement précis représentant le courant transporté par les ions, ce qu’on appelle le nombre de transport.
Pour cette expérience, l’équipe de recherche a utilisé un électrolyte polymère solide, au lieu des liquides largement utilisés pour les batteries lithium-ion. La prochaine étape consistera à analyser des polymères plus complexes et d’autres matériaux, dont le calcium et le zinc, et éventuellement des électrolytes liquides.
« Examiner une diversité de matériaux, a déclaré Venkat Srinivasan d’Argonne, sera important pour le but final : produire des batteries qui sont précisément conçues pour leurs utilisations individuelles. Si nous voulons créer des batteries à haute énergie, rapides, sûres et durables, nous devons en savoir plus sur le mouvement ionique. »
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