Les véhicules électriques prennent traditionnellement des heures à charger, mais un nouveau matériau d’anode développé par l’équipe du professeur Won Bae Kim chez POSTECH peut réduire ce temps à seulement six minutes. Cette avancée est due à l’utilisation de nanofeuilles de ferrites de manganèse, synthétisées selon une méthode unique, améliorant la capacité de la batterie et la vitesse de charge.
En règle générale, il faut environ 10 heures pour recharger un véhicule électrique. Même avec des techniques de recharge rapide, vous envisagez toujours un minimum de 30 minutes – et c’est s’il y a une place libre à une station de recharge. Si les véhicules électriques pouvaient se recharger aussi rapidement que nous rechargeons les véhicules à essence traditionnels, cela atténuerait la pénurie de bornes de recharge pour véhicules électriques.
L’efficacité des batteries lithium-ion, du type utilisé dans les véhicules électriques, est déterminée par la capacité du matériau anodique à stocker les ions lithium. Récemment, le professeur Won Bae Kim, du Département de génie chimique et de l’Institut universitaire de technologie des matériaux ferreux et énergétiques de l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH, président Moo Hwan Kim), a dirigé une équipe de recherche pour développer un nouveau matériau d’anode.
L’étude a été publiée en couverture dans Matériaux fonctionnels avancés. Crédit : Matériaux fonctionnels avancés
Son équipe, qui comprenait un doctorat. les candidats Song Kyu Kang et Minho Kim du Département de génie chimique ont synthétisé des ferrites de manganèse (Mn3-xFeXÔ4) des nanofeuilles utilisant une nouvelle méthode d’auto-hybridation impliquant un processus simple dérivé du remplacement galvanique. Cette technique révolutionnaire augmente la capacité de stockage environ 1,5 fois au-dessus de la limite théorique et permet de recharger un véhicule électrique en six minutes seulement. La recherche a été reconnue pour son excellence et a été publiée en couverture de la revue Matériaux fonctionnels avancés.
Dans cette étude, l’équipe de recherche a conçu une nouvelle méthode pour synthétiser les ferrites de manganèse comme matériau d’anode connu pour sa capacité supérieure de stockage des ions lithium et ses propriétés ferromagnétiques. Tout d’abord, une réaction de remplacement galvanique a eu lieu dans une solution d’oxyde de manganèse mélangé à du fer, conduisant à un composé hétérostructural contenant de l’oxyde de manganèse à l’intérieur et de l’oxyde de fer à l’extérieur.
L’équipe a en outre utilisé une méthode hydrothermale pour créer des feuilles de ferrites de manganèse d’une épaisseur nanométrique avec des surfaces élargies. Cette approche exploitait des électrons hautement polarisés en spin, ce qui augmentait considérablement la capacité de stockage d’une quantité substantielle d’ions lithium. Cette innovation a permis à l’équipe de dépasser de plus de 50 % la capacité théorique du matériau d’anode en ferrite de manganèse.
L’agrandissement de la surface du matériau de l’anode a facilité le mouvement simultané d’une grande quantité d’ions lithium, améliorant ainsi la vitesse de charge de la batterie. Les résultats expérimentaux ont montré qu’il ne faut que six minutes pour charger et décharger une batterie d’une capacité équivalente à celle utilisée dans les véhicules électriques actuellement sur le marché. Cette étude a affiné le processus de synthèse difficile pour réaliser une percée dans la capacité théorique du matériau d’anode et accélérer considérablement le processus de charge de la batterie.
Le professeur Won Bae Kim, qui a dirigé la recherche, a déclaré : « Nous avons offert une nouvelle compréhension de la façon de surmonter les limitations électrochimiques des matériaux d’anode conventionnels et d’augmenter la capacité de la batterie en appliquant la conception rationnelle avec altération de surface à l’aide du spin électronique. » Il s’est dit optimiste quant au fait que ce développement pourrait conduire à une durabilité accrue des batteries et à une réduction du temps de recharge des véhicules électriques.
Cette recherche a été menée avec le soutien du programme de recherche à mi-carrière, du programme de centre de recherche avancé de la Fondation nationale de recherche de Corée, du ministère des Sciences et des TIC et du programme du ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Énergie visant à améliorer les performances de la prochaine génération. Batteries lithium-ion rechargeables et développement de nouvelles technologies de fabrication.
