Pendant des décennies, les chercheurs ont cherché des moyens d’éliminer le cobalt des batteries à haute énergie qui alimentent les appareils électroniques, en raison de son coût élevé et des ramifications des droits de l’homme de son exploitation minière. Mais les tentatives passées n’ont pas respecté les normes de effectiveness des batteries au cobalt.



Des chercheurs de la Cockrell School of Engineering de l’Université du Texas à Austin disent qu’ils ont déchiffré le code pour une batterie lithium-ion haute énergie sans cobalt, éliminant le cobalt et ouvrant la porte à la réduction des coûts de generation de batteries tout en augmentant performances à certains égards. L’équipe a signalé une nouvelle classe de cathodes – l’électrode dans une batterie où réside généralement tout le cobalt – ancrée par une forte teneur en nickel. La cathode dans leur étude est constituée à 89% de nickel. Le manganèse et l’aluminium constituent les autres éléments clés.

Furthermore de nickel dans une batterie signifie qu’elle peut stocker moreover d’énergie. Cette densité d’énergie accrue peut prolonger la durée de vie de la batterie d’un téléphone ou augmenter la portée d’un véhicule électrique à chaque charge.



Les résultats sont apparus ce mois-ci dans la revue State-of-the-art Elements. Le doc a été rédigé par Arumugam Manthiram, professeur au Walker Department of Mechanical Engineering et directeur du Texas Supplies Institute, Ph.D. étudiant Steven Lee et Ph.D. diplômé Wangda Li.

En règle générale, une densité énergétique accrue entraîne des compromis, tels qu’une durée de vie additionally courte – le nombre de fois qu’une batterie peut être chargée et déchargée avant de perdre en efficacité et ne peut plus être complètement chargée. L’élimination du cobalt ralentit généralement la réponse cinétique d’une batterie et entraîne une capacité de taux in addition faible – la vitesse à laquelle la cathode peut être chargée ou déchargée. Cependant, les chercheurs ont déclaré qu’ils avaient surmonté les problèmes de courte durée de vie et de faible capacité en trouvant une combinaison optimale de métaux et en assurant une distribution uniforme de leurs ions.

La plupart des cathodes pour batteries au lithium-ion utilisent des combinaisons d’ions métalliques, comme le nickel-manganèse-cobalt (NMC) ou le nickel-cobalt-aluminium (NCA). Les cathodes peuvent représenter environ la moitié des coûts des matériaux pour l’ensemble de la batterie, le cobalt étant l’élément le furthermore cher. À un prix d’environ 28 500 $ la tonne, il est furthermore cher que le nickel, le manganèse et l’aluminium combinés, et il représente 10% à 30% de la plupart des cathodes de batterie lithium-ion.

« Le cobalt est le composant le moins abondant et le moreover cher dans les cathodes de batterie », a déclaré Manthiram. « Et nous l’éliminons complètement. »

La clé de la percée des chercheurs se trouve au niveau atomique. Au cours de la synthèse, ils ont pu s’assurer que les ions des divers métaux restaient uniformément répartis à travers la composition cristalline de la cathode. Lorsque ces ions se regroupent, les performances se dégradent et ce problème a affligé les anciennes batteries sans cobalt à haute énergie, a déclaré Manthiram. En gardant les ions uniformément répartis, les chercheurs ont pu éviter une perte de overall performance.

« Notre objectif est d’utiliser uniquement des métaux abondants et abordables pour remplacer le cobalt tout en maintenant les performances et la sécurité », a déclaré Li, « et de tirer parti des processus de synthèse industrielle qui sont immédiatement évolutifs. »

Manthiram, Li et l’ancien chercheur postdoctoral Evan Erickson ont travaillé avec l’Office of Technological innovation Commercialization de l’UT pour previous une commence-up appelée TexPower afin de mettre la technologie sur le marché. Les chercheurs ont reçu des subventions du département américain de l’Énergie, qui a cherché à réduire la dépendance à l’égard des importations de matériaux clés pour les batteries.

L’industrie a sauté sur le coup sans cobalt – notamment un effort de Tesla pour éliminer le matériau des batteries qui alimentent ses véhicules électriques. Avec de grandes organisations gouvernementales et des entreprises privées axées sur la réduction de la dépendance au cobalt, il n’est pas surprenant que cette poursuite soit devenue compétitive. Les chercheurs ont déclaré avoir évité les problèmes qui ont entravé d’autres tentatives de batteries à haute énergie sans cobalt avec des innovations sur la bonne combinaison de matériaux et le contrôle précis de leur distribution.

« Nous augmentons la densité d’énergie et réduisons les coûts sans sacrifier la durée de vie du cycle », a déclaré Manthiram. « Cela signifie des distances de conduite moreover longues pour les véhicules électriques et une meilleure autonomie de la batterie pour les ordinateurs portables et les téléphones portables. »