Des scientifiques de l’Université Purdue ont mis au point une électrode « nanochaîne » (en noir) qui pourrait donner un coup de fouet aux piles au lithium.
Une grande partie de la recherche sur la façon d’améliorer les piles au lithium d’aujourd’hui est centrée sur le matériau utilisé pour l’électrode, qui stocke les ions pour générer le courant électrique. Bien que le graphite soit notre matériau de prédilection, d’autres matériaux promettent de meilleures performances, mais font des compromis sur d’autres aspects importants, dont la sécurité. Les scientifiques de l’Université Purdue ont maintenant mis au point un concept qui, selon eux, permet à un matériau d’électrode avancé de combiner performance et sécurité, en le façonnant d’abord en une structure en forme de filet appelée nanochaîne.
Les scientifiques examinent une variété de matériaux plus performants comme candidats pour remplacer le graphite généralement utilisé pour les batteries lithium-ion, mais ils présentent souvent d’autres défis complexes, comme être trop lourds ou de forme trop irrégulière pour être utilisés dans des produits commerciaux. Alors que les chercheurs continuent de bricoler pour tenter d’aplanir les difficultés, et une équipe de l’Université Purdue revendique une grande percée concernant un métalloïde connu sous le nom d’antimoine.
L’antimoine est utilisé depuis des milliers d’années, avec des artefacts égyptiens tels que des vases qui contiennent le métal, et des femmes égyptiennes qui l’auraient même utilisé comme eye-liner. De nos jours, on le trouve dans les matériaux ignifuges, les écrans de télévision et autres appareils électriques. L’intérêt des chercheurs sur les batteries provient de la capacité éprouvée du matériau à améliorer la capacité de charge des batteries expérimentales au lithium-ion.
Mais l’intégrer dans le type de batterie lithium-ion qui pourrait alimenter les smartphones, par exemple, s’est avéré délicat jusqu’à présent. Les chercheurs ont découvert que l’utilisation de métaux et autres à base d’antimoine pour le composant de l’électrode provoque l’expansion du matériau jusqu’à trois fois sa taille originale lorsqu’il se charge.
« Vous voulez accommoder ce type d’expansion dans les batteries de votre smartphone. De cette façon, vous ne transportez pas quelque chose de dangereux « , dit Vilas Pol, professeur agrégé de génie chimique à l’Université Purdue.
Vilas Pol et ses collègues ont mis au point une conception qui pourrait bien résoudre cette lacune importante. L’équipe a ajouté au mélange un agent réducteur appelé ammoniac-borane ainsi qu’un agent de nucléation, ce qui leur a permis d’associer de minuscules particules individuelles d’antimoine en une structure en toile. L’ammoniac-borane, qui crée des vides à l’intérieur de la nanochaîne et permet ainsi au matériau de se dilater sans défaillance, en est la clé.
L’équipe a constaté que l’approche ne fonctionnait que lorsqu’elle était appliquée à un type particulier de composé de l’antimoine appelé antimoine et chlorure. Ils ont testé les composants de la batterie de la nanochaîne en laboratoire et ont constaté qu’elle maintenait la capacité lithium-ion stable pendant plus de 100 cycles de charge et de décharge.
« Il n’y a essentiellement aucun changement entre le cycle 1 et le cycle 100, donc nous n’avons aucune raison de penser que le cycle 102 ne sera pas le même « , dit Vilas Pol.
De là, l’équipe prévoit de tester les électrodes de nanochaîne dans les piles à poche pour voir comment elles tiennent le coup.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsanm.9b01316
