31.08.2022 - Rice University

Le brossage de films minces sur les électrodes préserve les batteries

Un peu de brossage pourrait être le secret pour fabriquer de meilleures piles au lithium rechargeables

Le laboratoire du chimiste James Tour, de la Rice University, a mis au point une technique permettant de régler la surface des anodes de batteries en y appliquant simplement des poudres. La poudre adhère à l'anode et devient un revêtement mince et lithié qui empêche efficacement la formation de dendrites nuisibles.

Une poudre de phosphore et de soufre broyée à la surface d'une feuille de lithium métallique a démontré que son énergie de surface peut être réglée sans avoir recours à des solvants toxiques. Les anodes ainsi modifiées et associées à des cathodes d'oxyde de fer et de phosphate de lithium dans des cellules d'essai ont montré qu'elles conservaient une capacité supérieure de 70 % après 340 cycles de charge et de décharge par rapport aux batteries disponibles dans le commerce.

L'étude est publiée dans Advanced Materials.

"Cela simplifierait la fabrication de batteries à haute capacité tout en les améliorant considérablement", a déclaré M. Tour. "Le fait de sabler ces solides en poudre dans une anode en lithium métal réduit considérablement la formation de dendrites qui peuvent court-circuiter une batterie, ainsi que la consommation accélérée des matériaux."

L'auteur principal, Weiyin Chen, étudiant diplômé de l'université du Rice, et ses collègues de laboratoire ont appliqué l'huile de coude nécessaire pour tester une variété de poudres candidates sur leurs électrodes. Ils ont d'abord brossé la surface pour lui donner de la texture, puis ils ont ajouté de la poudre pour créer le fin film qui réagit avec le lithium métallique et forme une solide couche de passivation.

Chen et son co-auteur Rodrigo Salvatierra, ancien chercheur postdoctoral et désormais visiteur universitaire dans le laboratoire de Tour, ont construit des batteries d'essai et déterminé que les anodes traitées conservaient une polarisation ultra-faible - une autre caractéristique dommageable pour les batteries lithium-ion - pendant plus de 4 000 heures, soit environ huit fois plus longtemps que les anodes de lithium nues.

Selon M. Tour, les poudres modifient efficacement l'énergie de surface des électrodes, ce qui permet d'obtenir un comportement plus uniforme sur l'ensemble du matériau.

"Cela permet d'obtenir une surface composite métallique qui empêche la perte de lithium métallique de l'anode, un problème courant dans les batteries au lithium métal", explique M. Tour. "Les batteries au lithium métal dépassent de loin la capacité des batteries lithium-ion traditionnelles, mais le lithium métal est souvent difficile à recharger de manière répétée."

"La poudre à la surface du lithium métal produit une couche de passivation artificielle qui améliore la stabilité tout au long des cycles de charge-décharge", a déclaré Chen. "En utilisant cette méthode de brossage, la surface du métal est stabilisée de sorte qu'elle peut être rechargée en toute sécurité."

Pour montrer que la technique peut avoir une application plus large, le laboratoire a également broyé la poudre dans une électrode de sodium et a découvert que le processus stabilisait considérablement son surpotentiel de tension.

L'étude s'inscrit dans le droit fil de la découverte récente de M. Tour et de C. Fred Higgs III, ingénieur en mécanique de l'université Rice, selon laquelle le sablage de certaines poudres dans des surfaces peut les rendre superhydrophobes, c'est-à-dire très résistantes à l'eau.

Les coauteurs de l'article sont les anciens élèves de Rice John Li et Duy Luong, les étudiants diplômés Jacob Beckham, Nghi La et Jianan Xu, et le visiteur universitaire Victor Li. M. Tour est titulaire de la chaire de chimie T.T. et W.F. Chao et professeur d'informatique, de science des matériaux et de nano-ingénierie à l'université du Rice.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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