Une équipe de recherche dirigée par le professeur WU Zhongshuai de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences a mis au point des batteries Li métal imprimées en 3D (LMB) présentant une stabilité de cycle robuste et une densité énergétique surfacique ultra élevée.
Les LMB sont constituées d'un squelette poreux et conducteur en Ti3C2Tx MXene pour une anode en métal Li stable et sans dendrite, et d'un réseau LiFePO4 (LFP) multidimensionnel et conducteur pour une cathode ultra-épaisse.
Les LMB sont considérés comme une classe de systèmes à haute densité énergétique dépassant les batteries lithium-ion actuelles de pointe. Néanmoins, la croissance incontrôlable des dendrites et l'énorme changement de volume des anodes en métal Li ont entraîné une faible durée de vie en cycle.
Dans cette étude, les chercheurs ont présenté une approche d'impression entièrement en 3D pour construire des LMB à ultra-hautes performances. Les LMB sont constitués d'une anode en métal Li sans dendrite avec des treillis poreux en MXene pour réguler la distribution locale du courant, ce qui homogénéise la nucléation du lithium, et d'une cathode poreuse en 3D à structure LFP conductrice pour obtenir des canaux de transfert ionique/électronique rapides.
En raison de l'abondance des sites de nucléation du lithium et du grand volume des pores dans les réseaux de MXène, les échafaudages de MXène imprimés en 3D ont empêché le changement de volume infini et la formation dendritique des anodes de lithium.
En outre, en associant des réseaux cathodiques LFP ultra-épais à des réseaux d'électrons et d'ions à haute efficacité, les LMB imprimées en 3D LFP||MXene@Li ont fourni une capacité surfacique (25,3 mAh/cm2) et une densité d'énergie (81,6 mWh/cm2) sans précédent sous une charge massique très élevée de 171 mg/cm2, dépassant toutes les batteries imprimées en 3D rapportées jusqu'à présent.
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