KAIST simule les dégâts de recharge rapide des anodes de VE

Des chercheurs de KAIST ont utilisé un modèle tridimensionnel pour simuler le déplacement des ions lithium dans une électrode de batterie. Élaboré à partir d’une anode commerciale en graphite, leur modèle montre comment la recharge rapide endommage les batteries à des endroits que les chiffres de capacité globale peuvent dissimuler.

L’équipe dirigée par le professeur Kang Taek Lee, en collaboration avec la professeure EunAe Cho, a reconstitué les particules de graphite, le liant et les pores remplis d’électrolyte de l’électrode. Le jumeau numérique a ensuite simulé la recharge rapide pour différentes épaisseurs d’électrode, porosités et dispositions du liant, en cartographiant le déplacement des ions lithium, le dépôt de lithium et les contraintes mécaniques internes.

Le mécanisme est ténu, mais ses conséquences sont importantes. Lorsque la recharge est trop rapide, certains ions lithium ne peuvent pas pénétrer assez vite dans les particules de graphite et forment des dépôts métalliques à leur surface : c’est le phénomène de dépôt de lithium. La couche d’interface d’électrolyte solide protectrice, ou SEI, peut également devenir trop épaisse ou irrégulière, tandis que les particules de graphite qui gonflent exercent une pression sur les matériaux environnants et créent des contraintes.

La disposition de l’électrode s’est révélée plus importante que ne le suggéraient les chiffres moyens. Dans des anodes standard de 50 micromètres, la position du liant a modifié la capacité totale de moins de 4 %, mais concentrer le liant près du séparateur a augmenté de plus de 10 % le dépôt de lithium près du collecteur de courant par rapport à une répartition uniforme. Dans des anodes de 83 μm d’épaisseur, une disposition stratégique du liant a augmenté de 18 % la capacité de charge par rapport à des répartitions irrégulières. Les espaces poreux ont également servi de tampons aux particules de graphite en expansion.

Concrètement, qu’est-ce que cela change ? Les fabricants de batteries pourraient utiliser le modèle de KAIST pour tester la position des matériaux avant de construire des prototypes physiques, ce qui réduirait leur dépendance aux essais et erreurs lors de la conception de cellules à recharge rapide. Cela pourrait contribuer à produire des batteries de VE plus durables, mais les chiffres proviennent de simulations : aucun test indépendant en conditions réelles ni déploiement en production n’est rapporté ici.