Électrochimie des batteries lithium-ion

L'effet de taille quantique décrit le phénomène par lequel les propriétés électroniques et optiques d'un matériau changent lorsque sa taille se rapproche de l'échelle nanométrique. Lorsque les dimensions d'un matériau deviennent comparables à la longueur d'onde de Broglie de l'électron, un confinement quantique se produit. Cela quantifie les niveaux d'énergie des électrons, ce qui conduit à une bande interdite dépendant de la taille, [latex]E_g(R) \approx E_{g,\b\u\lk} + \frac{\hbar^2\pi^2}{2R^2}(\frac{1}{m_e^*} + \frac{1}{m_h^*})[/latex].

La pression de vapeur d'eau à l'équilibre sur une surface liquide dans l'air humide ([latex]p^*_{H_2O,a}[/latex]) est légèrement supérieure à la pression de vapeur d'eau à l'équilibre sur une surface d'eau pure ([latex]p^*_{H_2O}[/latex]). Cette différence est quantifiée par le facteur d'augmentation de la vapeur d'eau, [latex]f_w[/latex], qui dépend de la température et de la pression de l'air humide. La relation est la suivante : [latex]p^*_{H_2O,a} = f_w(T, p_{ms}) \cdot p^*_{H_2O}[/latex].

Rare-earth magnets are strong permanent magnets made from alloys of rare-earth elements. Developed in the 1970s and 1980s, the most common types are neodymium magnets (NdFeB) and samarium–cobalt magnets (SmCo). They are the strongest type of permanent magnets made, producing significantly stronger magnetic fields than ferrite or alnico magnets, enabling miniaturization and improved performance in many technologies. Note: the term 'rare-earth element' is a historical misnomer. These elements are not exceptionally rare in the Earth's crust. Cerium, the most abundant, is the 25th most abundant element, similar to copper. Even the least abundant stable rare earth, lutetium, is nearly 200 times more common than gold. The 'rare' label arose because they were difficult to separate.

L'indice de blancheur CIE est une formule normalisée par la Commission internationale de l'éclairage pour quantifier la perception de la blancheur. Il est calculé à partir des valeurs tristimulus CIE (X, Y, Z) et des coordonnées chromatiques (x, y) de l'échantillon et d'un illuminant de référence. La formule principale est [latex]W_{CIE} = Y + 800(x_n - x) + 1700(y_n - y)[/latex].

L'auto-assemblage moléculaire est un processus ascendant où les molécules s'organisent spontanément en structures ordonnées, sans intervention extérieure. Ce phénomène, régi par des interactions non covalentes comme les liaisons hydrogène, les effets hydrophobes et les forces de van der Waals, est fondamental en biologie (par exemple, le repliement des protéines et la formation de bicouches lipidiques). Dans les biomatériaux, il est exploité pour créer des matériaux nanostructurés complexes comme les hydrogels et les nanofibres destinés à des applications biomédicales.

La norme ISO 5725 définit l'exactitude comme la combinaison de la justesse et de la précision. La justesse est la proximité de la moyenne d'une grande série de mesures par rapport à la valeur de référence acceptée, ce qui quantifie l'erreur systématique ou le biais. La précision est l'étroitesse de l'accord entre un ensemble de résultats, qui quantifie l'erreur aléatoire. L'exactitude exige donc à la fois une grande justesse et une grande précision.

Les batteries lithium-ion fonctionnent grâce à un mécanisme d'intercalation, une insertion réversible d'ions dans un matériau hôte en couches. Pendant la décharge, les ions lithium ([latex]Li^+[/latex]) se désintègrent d'une électrode négative (anode), généralement du graphite, et se déplacent dans un électrolyte non aqueux pour s'intercaler dans une électrode positive (cathode), généralement un oxyde métallique. Les électrons se déplacent dans le circuit externe, créant ainsi un courant.

La profondeur de décharge (DoD) indique le pourcentage de la capacité d'une batterie déchargée. C'est l'inverse de l'état de charge (SoC), où 100 % de DoD signifie que la batterie est vide. La durée de vie d'une batterie dépend fortement de sa DoD moyenne ; des cycles de DoD plus faibles (par exemple, une décharge à seulement 80 % de sa capacité) augmentent considérablement la durée de vie d'une batterie.

Les lois d'échelle des MEMS décrivent comment les forces et les propriétés physiques changent lorsque les dimensions de l'appareil se réduisent à l'échelle microscopique. Contrairement au monde macroscopique dominé par la gravité et l'inertie, les micro-domaines sont régis par des forces de surface telles que la tension superficielle, la viscosité et les forces électrostatiques. Par exemple, la force due à la gravité augmente avec le volume ([latex]L^3[/latex]), tandis que la force électrostatique augmente avec la surface ([latex]L^2[/latex]), devenant relativement plus forte à des tailles plus petites.

Neodymium magnets are the strongest type of permanent magnet commercially available. They are a ternary alloy of neodymium, iron, and boron, with the stoichiometric formula Nd2Fe14B. Their immense magnetic strength results from the material's high magnetic anisotropy and saturation magnetization, derived from its tetragonal crystal structure. However, they are brittle, susceptible to corrosion, and have a low curie temperature.

Un transistor à électron unique (SET) est un dispositif de commutation qui utilise l'effet tunnel contrôlé pour manipuler le flux d'électrons individuels. Il est constitué d'une boîte quantique (l'« îlot ») couplée aux bornes de source et de drain via des jonctions tunnel, et couplée capacitivement à une électrode de grille. Son fonctionnement repose sur l'effet de blocage de Coulomb, ce qui lui confère une sensibilité extrême et une faible consommation d'énergie.

En 1986, Georg Bednorz et K. Alex Müller ont découvert la supraconductivité dans un matériau céramique, une pérovskite cuprate à base de lanthane, à une température critique d'environ 35 K. Ce chiffre était significativement plus élevé que le record d'environ 23 K pour les supraconducteurs conventionnels de l'époque et a brisé la croyance selon laquelle la supraconductivité était limitée à des températures beaucoup plus basses, ouvrant ainsi le domaine de la supraconductivité à haute température.

Les nanotubes de carbone (NTC) sont des molécules cylindriques constituées de feuillets enroulés d'atomes de carbone monocouches (graphène). Ils peuvent être monoparois (SWCNT) ou multiparois (MWCNT). Leurs propriétés sont exceptionnelles, notamment une résistance à la traction exceptionnelle (~100 GPa), ainsi qu'une conductivité électrique et thermique élevée. Leur comportement électronique (métallique ou semi-conducteur) dépend de leur chiralité, c'est-à-dire de l'angle d'enroulement du réseau de graphène.

Les structures organométalliques (MOF) sont des matériaux poreux cristallins constitués de nœuds métalliques (unités de construction secondaires, SBU) et de ligands organiques, appelés lieurs. Ces composants s'auto-assemblent en polymères de coordination étendus, unidimensionnels, bidimensionnels ou tridimensionnels. Le choix du métal et du lieur détermine la topologie, la taille des pores et la fonctionnalité chimique de la structure obtenue, offrant ainsi une grande adaptabilité pour des applications spécifiques.