Une batterie combinant énergie et puissance, est-ce possible ? Etude de l'ingénierie de l'electrode de graphite

As the international drive towards ecological transition gathers pace, there is a growing demand for energy storage systems. To date, Li-ion batteries offer a high energy density, but still suffer from a lack of power density (fast charging). As these two key parameters are antagonistic, i.e. increasing power density reduces energy density and vice versa, strategies need to be developed to overcome this weakness. Before exploring new chemistries (Na, all-solid, ...), it is important to continue optimizing the current system, in particular the engineering of the graphite electrode, which is limiting in terms of kinetics. We will distinguish the impact of several parameters on power and energy densities: electrode loading (which must be significant to maintain the high energy density aspect), graphite particle size (which determines lithium diffusion in the solid phase), electrode porosity (which plays a key role in ion transport), and finally electrode electron percolation.La volonté d'une transition écologique à l'échelle internationale s'accélérant, elle induit une demande accrue de systèmes de stockage d'énergie. A ce jour, les batteries Li-ion offrent une densité d'énergie importante, cependant celles-ci souffrent encore d'un manque de densité de puissances (charges rapides). Ces deux paramètres clés étant antagonistes, i.e. l'augmentation de la densité de puissance réduit la densité d'énergie et vice-versa, des stratégies doivent être développées pour palier à cette faiblesse. Avant d'explorer de nouvelles chimies (Na, tout-solide, …), il est important de continuer les optimisations sur le système actuel en particulier sur l'ingénierie de l'électrode de graphite, limitante en termes de cinétique. Nous distinguerons l'impact de plusieurs paramètres sur les densités de puissance et d'énergie : le loading de l'électrode (qui doit être important pour garder l'aspect haute densité d'énergie), la taille des particules de graphite (qui détermine la diffusion du lithium en phase solide), la porosité des électrodes (qui joue un rôle clé sur le transport ionique), et enfin la percolation électronique de l'électrode

Une batterie combinant énergie et puissance, est-ce possible ? Etude de l'ingénierie de l'electrode de graphite

As the international drive towards ecological transition gathers pace, there is a growing demand for energy storage systems. To date, Li-ion batteries offer a high energy density, but still suffer from a lack of power density (fast charging). As these two key parameters are antagonistic, i.e. increasing power density reduces energy density and vice versa, strategies need to be developed to overcome this weakness. Before exploring new chemistries (Na, all-solid, ...), it is important to continue optimizing the current system, in particular the engineering of the graphite electrode, which is limiting in terms of kinetics. We will distinguish the impact of several parameters on power and energy densities: electrode loading (which must be significant to maintain the high energy density aspect), graphite particle size (which determines lithium diffusion in the solid phase), electrode porosity (which plays a key role in ion transport), and finally electrode electron percolation.La volonté d'une transition écologique à l'échelle internationale s'accélérant, elle induit une demande accrue de systèmes de stockage d'énergie. A ce jour, les batteries Li-ion offrent une densité d'énergie importante, cependant celles-ci souffrent encore d'un manque de densité de puissances (charges rapides). Ces deux paramètres clés étant antagonistes, i.e. l'augmentation de la densité de puissance réduit la densité d'énergie et vice-versa, des stratégies doivent être développées pour palier à cette faiblesse. Avant d'explorer de nouvelles chimies (Na, tout-solide, …), il est important de continuer les optimisations sur le système actuel en particulier sur l'ingénierie de l'électrode de graphite, limitante en termes de cinétique. Nous distinguerons l'impact de plusieurs paramètres sur les densités de puissance et d'énergie : le loading de l'électrode (qui doit être important pour garder l'aspect haute densité d'énergie), la taille des particules de graphite (qui détermine la diffusion du lithium en phase solide), la porosité des électrodes (qui joue un rôle clé sur le transport ionique), et enfin la percolation électronique de l'électrode