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Un test plus rapide pour les batteries de voitures électriques
Il faut des années pour vérifier qu'une nouvelle technologie de batterie durera aussi longtemps qu'une voiture hybride ou électrique. Cela signifie que des matériaux de batterie qui pourraient coûter moins cher et stocker plus d'énergie que les batteries d'aujourd'hui languissent sur les paillasses de laboratoire.
Testeur de batterie : Ce système charge et décharge 60 cellules de batterie et prédit leur durée de vie.
Une nouvelle façon de tester les batteries lithium-ion pourrait réduire ce temps à quelques semaines au lieu de quelques années, éliminant ainsi un goulot d'étranglement clé qui maintient les coûts de batterie élevés et les capacités de stockage faibles.
En mesurant avec précision l'efficacité avec laquelle les batteries expérimentales stockent et délivrent une charge électrique, Jeff Dahn de l'Université Dalhousie peut prédire combien de fois les cellules de batterie peuvent être chargées et déchargées, ce que l'on appelle le cycle de vie de la batterie. Dahn, professeur de physique et de chimie, essaie également de démontrer que la méthode peut prédire combien de temps une batterie durera sur l'étagère - connue sous le nom de durée de vie du calendrier.
Ensemble, la durée de vie du cycle et la durée de vie du calendrier déterminent combien de temps une batterie sera utile. Ils sont essentiels pour déterminer, par exemple, la taille de la batterie nécessaire pour stocker la quantité d'énergie annoncée tout au long de la vie de la voiture.
La technique a retenu l'attention des constructeurs automobiles qui tentent de la valider et de l'utiliser, notamment comme outil de prédiction de cycle de vie. Il pourrait également permettre aux universitaires, qui disposent de moins de ressources que les constructeurs automobiles, de développer des matériaux de batteries ayant un réel potentiel commercial. Nous pensons que cette technique pourrait être très utile, déclare Masaki Matsui, responsable du département de recherche sur les matériaux à Institut de recherche Toyota d'Amérique du Nord . Il dit qu'il identifiera les problèmes avec les matériaux très tôt dans le développement de la batterie, permettant aux chercheurs de trier rapidement les combinaisons d'électrodes de batterie et d'électrolytes.
Une panoplie de choses peuvent mal tourner dans une batterie. L'idée clé de l'approche de Dahn est que de nombreux problèmes de ce type peuvent apparaître lors d'un seul test : la mesure de la différence entre la quantité de charge qui entre dans une batterie pendant la charge et la quantité qui en sort lorsqu'elle est déchargée (également appelée efficacité coulombienne ). Si moins de charge sort qu'elle n'entre, cette énergie est gaspillée par des réactions indésirables au sein de la batterie. Ces pertes s'additionnent : au fil des cycles successifs, la batterie revient de moins en moins chargée jusqu'à ce qu'elle ne soit finalement plus utilisable.
Dahn a construit un système de charge de batterie capable de détecter de très petites pertes de charge, identifiant en quelques semaines la présence de réactions raccourcissant la durée de vie qui, autrement, ne se manifesteraient qu'après des mois ou des années de tests. Dahn a utilisé la technique pour identifier des changements subtils dans la chimie qui peuvent augmenter jusqu'à six fois la durée de vie d'un type de batterie.
Des tests aussi précis n'étaient pas nécessaires pour les batteries lithium-ion lorsqu'elles étaient presque entièrement utilisées pour des appareils électroniques portables qui ne devaient durer que quelques années. Mais aujourd'hui, les batteries sont conçues pour alimenter des véhicules électriques ou pour stocker l'énergie des panneaux solaires, et elles doivent durer 10, 15, 20 ans ou plus. Sur de telles durées, même une inefficacité minime peut entraîner de gros problèmes.
De plus, les fabricants de batteries mélangent des cocktails d'électrolytes de plus en plus complexes, dont chaque partie pourrait modifier considérablement la durée de vie d'une batterie. Les électrolytes ont quelque chose comme 10 composants. Ensuite, vous souhaitez évaluer plus d'additifs. C'est juste un cauchemar, dit Dahn. Avec les techniques de mesure conventionnelles, dit-il, il est difficile de savoir si un changement que vous avez fait est bon ou mauvais sans faire un test qui est plus long que votre carrière. En mesurant avec précision l'efficacité coulombienne, dit-il, en quelques semaines, vous avez tout.
Marc Mathias, directeur de General Motors laboratoire de recherche sur l'énergie électrochimique à New York, n'est pas complètement convaincu. Ce que fait Jeff est un très bon diagnostic. Je suis d'accord que nous devrions l'utiliser, mais c'est un outil, pas une panacée, dit-il. D'une part, cela ne dit pas aux chercheurs ce qui ne va pas dans une cellule. Mathias dit que les chercheurs ont besoin d'une bien meilleure compréhension des causes sous-jacentes des pertes d'efficacité. Cela les aiderait à résoudre les problèmes identifiés par les tests de Dahn.
Mathias n'est pas non plus sûr que le test s'avérera fiable pour mesurer la durée de vie du calendrier. Il pourrait être utilisé pour aider à évaluer les batteries, dit-il, mais la triste réalité est que nous ne pouvons pas savoir avec certitude que nous avons un test accéléré qui imite 10 ans à moins que nous ayons testé pendant 10 ans, dit-il.
Dahn dit qu'à l'heure actuelle, son équipement est suffisamment précis pour dire aux chercheurs si un changement particulier dans la chimie de la batterie fera la différence entre une durée de 500 cycles de charge (nécessaire pour quelques années de conduite d'un véhicule électrique) ou 1 000. Il travaille maintenant avec un fabricant d'équipement pour améliorer le processus de prédictions précises à environ 10 000 cycles.