Amélioration des batteries sodium-ion grâce à un graphène nanocellulaire mécaniquement robuste
Depuis sa découverte en 2004, le graphène a révolutionné le domaine de la science des matériaux et au-delà. Le graphène est constitué de feuilles bidimensionnelles d'atomes de carbone, liées en une fine forme hexagonale d'une épaisseur d'une couche d'atomes. Cela lui confère des propriétés physiques et chimiques remarquables. Malgré sa finesse, le graphène est incroyablement solide, léger, flexible et transparent. Il présente également une conductivité électrique et thermique extraordinaire, une surface élevée et une imperméabilité aux gaz. Des transistors à grande vitesse aux biocapteurs, il présente une polyvalence d'application inégalée.
Illustration schématique de la formation de NCG au cours de la désalliage métallique liquide d'un alliage manganèse-carbone (Mn-C) amorphe dans du bismuth (Bi) en fusion pour induire une dissolution sélective des atomes de manganèse (Mn) et une auto-organisation des atomes de carbone (C) en couches de graphène.
S.H. Joo & H. Kato
Le graphène nanocellulaire (NCG) est une forme spécialisée de graphène qui permet d'obtenir une grande surface spécifique en empilant plusieurs couches de graphène et en contrôlant sa structure interne grâce à une morphologie cellulaire à l'échelle nanométrique.
Le NCG est convoité pour son potentiel d'amélioration des performances des appareils électroniques, des dispositifs énergétiques et des capteurs. Mais son développement a été freiné par les défauts qui se produisent au cours du processus de fabrication. Des fissures apparaissent souvent lors de la formation des NCG, et les scientifiques sont à la recherche de nouvelles technologies de traitement capables de fabriquer des NCG homogènes, sans fissures et sans coutures à des échelles appropriées.
"Nous avons découvert que les atomes de carbone s'auto-assemblent rapidement pour former des NCG sans fissures lors de la déalliage métallique liquide d'un précurseur Mn-C amorphe dans un bismuth en fusion", explique Won-Young Park, étudiant diplômé de l'université de Tohoku.
La déalliage est une technique de traitement qui exploite la miscibilité variable des composants d'un alliage dans un bain de métal en fusion. Ce processus corrode sélectivement certains composants de l'alliage tout en en préservant d'autres.
Park et ses collègues ont démontré que les NCG élaborés selon cette méthode présentaient une résistance à la traction et une conductivité élevées après graphitisation. En outre, ils ont mis le matériau à l'épreuve dans une batterie sodium-ion (SIB).
"Nous avons utilisé le NCG développé comme matériau actif et collecteur de courant dans une SIB, où il a démontré un taux élevé, une longue durée de vie et une excellente résistance à la déformation. En fin de compte, notre méthode de fabrication de NCG sans fissures permettra d'améliorer les performances et la flexibilité des SIB - une technologie alternative aux batteries lithium-ion pour certaines applications, en particulier dans les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle et les systèmes électriques stationnaires où les considérations de coût, de sécurité et de durabilité sont primordiales".
Soo-Hyun Joo de l'Institut de recherche sur les matériaux (actuellement basé à l'université de Dankook) et Hidemi Kato du même institut ont travaillé aux côtés de M. Park.
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.
Publication originale
Wong‐Young Park, Jiuhui Han, Jongun Moon, Soo‐Hyun Joo, Takeshi Wada, Yuji Ichikawa, Kazuhiro Ogawa, Hyoung Seop Kim, Mingwei Chen, Hidemi Kato; "Mechanically Robust Self‐Organized Crack‐Free Nanocellular Graphene with Outstanding Electrochemical Properties in Sodium Ion Battery"; Advanced Materials, 2024-2-23
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