Nissan Motor et Nissan ARC ont annoncé le 13 mars 2014 avoir mis au point une méthode d’analyse permettant d’observer et de quantifier directement le mouvement des électrons dans le matériau des électrodes positives des batteries lithium-ion pendant la charge et la décharge. L’utilisation de cette méthode « rend possible le développement de batteries lithium-ion de haute capacité, contribuant ainsi à étendre l’autonomie des véhicules électriques purs (VE) »

Pour développer une batterie lithium-ion à haute capacité et longue durée de vie, il est nécessaire de stocker le plus de lithium possible dans la matière active de l’électrode, et de concevoir des matériaux capables de produire une grande quantité d’électrons. Pour cette raison, il est très important de saisir le mouvement des électrons dans la batterie, et les techniques d’analyse précédentes ne permettent pas d’observer directement le mouvement des électrons. Il est donc impossible d’identifier quantitativement quel élément de la matière active de l’électrode (manganèse (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), oxygène (O), etc.) peut libérer des électrons.

La méthode d’analyse développée cette fois a résolu le problème de longue date : la découverte de l’origine du courant pendant la charge et la décharge et sa saisie quantitative pour la « première mondiale » (Nissan Motor). Il en résulte qu’il est possible d’appréhender avec précision les phénomènes se produisant à l’intérieur de la batterie, notamment le mouvement du matériau actif contenu dans le matériau d’électrode positive. Les résultats ont cette fois été développés conjointement par Nissan ARC, l’Université de Tokyo, l’Université de Kyoto et l’Université préfectorale d’Osaka.

Batterie de stockage d’énergie Tesla

Également utilisé le « Earth Simulator »

La méthode analytique développée cette fois-ci utilise à la fois la « spectroscopie d’absorption des rayons X » utilisant la « fin d’absorption L » et la « méthode de calcul des premiers principes » utilisant le supercalculateur « Earth Simulator ». Bien que certaines personnes aient déjà utilisé la spectroscopie d’absorption des rayons X pour effectuer une analyse de batterie lithium-ion, l’utilisation de « extrémité d’absorption K » est le courant dominant. Les électrons disposés dans la couche de couche K la plus proche du noyau sont liés dans l’atome, de sorte que les électrons ne participent pas directement à la charge et à la décharge.

La méthode d’analyse utilise cette fois la spectroscopie d’absorption X utilisant l’extrémité d’absorption L pour observer directement le flux d’électrons participant à la réaction de la batterie. De plus, en combinant avec la méthode de calcul des premiers principes utilisant le simulateur terrestre, la quantité de mouvement d’électrons qui ne pouvait être déduite auparavant a été obtenue avec une grande précision.

Ces technologies auront un impact important sur les types de systèmes de stockage d’énergie par batterie

Nissan ARC utilise cette méthode d’analyse pour analyser les matériaux cathodiques en excès de lithium. Il a été constaté que (1) dans l’état de potentiel élevé, les électrons appartenant à l’oxygène sont bénéfiques pour la réaction de charge ; (2) lors de la décharge, les électrons appartenant au manganèse sont bénéfiques à la réaction de décharge.

Conception d’un système de stockage d’énergie par batterie