Les batteries lithium-ion (LIB) de grande capacité pourraient jouer un rôle crucial dans l’électrification des véhicules et autres gros appareils électroniques. Toutefois, pour réussir à déployer ces batteries à grande échelle, les ingénieurs devront d’abord s’assurer qu’elles peuvent fonctionner en toute sécurité à différentes températures et qu’elles ne s’explosent pas en cas de surchauffe.
Une solution courante pour améliorer la sécurité des LIB consiste à utiliser des couches intermédiaires thermoconductrices, des matériaux conçus pour égaliser la température entre les modules d'une batterie, la portant entre 15 et 45 °C. Pour garantir la sécurité d'une LIB haute capacité, ces matériaux doivent être hautement isolants thermiquement, empêchant ainsi la propagation de la chaleur, tout en garantissant une répartition uniforme de la température dans la batterie.
Des chercheurs de l'Université Tsinghua et de l'Université du Zhejiang ont récemment conçu un nouveau matériau de commutation thermique qui répond à ces deux critères et peut réguler efficacement la température des batteries haute capacité. Ce matériel, introduit dans Énergie naturelle papier, réagit rapidement à la température, permettant le cycle sûr des batteries dans diverses conditions de fonctionnement.
“Une gestion efficace de la sécurité thermique repose sur la conductivité thermique des matériaux intercalaires, mais les conceptions actuelles manquent de la réactivité nécessaire en termes de performances et de sécurité”, ont écrit Wang, Feng et leurs collègues dans leur article. “Nous concevons un matériau de commutation thermique avec un taux de commutation élevé de l'état de conduction thermique à l'état d'isolation thermique pour résoudre ce problème.”
Le matériau de commutation thermique conçu par Wang, Feng et leurs collègues est composé de microsphères intégrées entre des couches de graphène connectées. Notamment, les microsphères augmentent de volume en réponse aux changements de température.
L'expansion sensible à la température des microsphères perturbe le transport de chaleur en séparant les couches de graphène 2D voisines. Cela contribue à son tour à réguler la température à l’intérieur des cellules de la batterie, les empêchant ainsi d’exploser.
Pour évaluer les performances du matériau qu’ils ont conçu, les chercheurs l’ont intégré dans un LIB Ni-Co-Mn de 50 Ah, en l’utilisant comme couche intermédiaire de cellule à cellule. Leurs découvertes étaient très prometteuses, car le matériau agissait avec succès comme régulateur thermique, empêchant la propagation de la chaleur et les réactions en chaîne pouvant conduire à des explosions.
“Le matériau de commutation thermique conçu présente une large plage de températures pour la conduction thermique (1,33 W m−1K−1à température ambiante) et peut se transformer en un état adiabatique en 30 s (0,1 W m−1K−1à environ 100 °C) lorsqu'il est chauffé”, ont écrit Wang, Feng et leurs collègues.
“Lorsqu'il est appliqué comme couche intermédiaire de cellule à cellule pour un module comprenant quatre cellules lithium-ion nickel-cobalt-manganèse de 50 Ah, le matériau assure non seulement une répartition uniforme de la température dans des conditions de travail normales, mais, plus important encore, empêche 80 % de la chaleur. transmission contre l'emballement thermique, évitant ainsi une explosion catastrophique de la batterie.
Le nouveau régulateur thermique introduit par cette équipe de recherche pourrait bientôt être implémenté et testé sur d'autres batteries de grande capacité. À l’avenir, cela pourrait contribuer à la commercialisation et à l’utilisation généralisées de ces batteries, garantissant leur sécurité dans différents climats sur Terre et dans différentes conditions de fonctionnement.
“Nous pensons que cette conception de matériau thermosensible garantira la sécurité et des performances élevées tout au long de la durée de vie des modules de batterie à haute densité énergétique”, ont déclaré les chercheurs.
Plus d'information:
Jing Wang et al, Régulateur thermique rapide sensible à la température pour la gestion de la sécurité des modules de batterie, Énergie naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41560-024-01535-5.
© 2024 Réseau Science X
Citation: Un nouveau régulateur thermique pourrait améliorer la sécurité des batteries lithium-ion de grande capacité (21 juin 2024) récupéré le 21 juin 2024 sur
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