Chargement plus rapide, durée de vie plus longue
Percée de POSTECH et KIER dans le domaine des batteries de nouvelle génération
Alors que la demande de batteries capables de se charger très rapidement et d'offrir une densité énergétique élevée ne cesse de croître dans divers secteurs - des véhicules électriques aux systèmes de stockage d'énergie (ESS) à grande échelle - une équipe de recherche conjointe de POSTECH (Pohang University of Science and Technology) et de l'Institut coréen de recherche sur l'énergie (KIER) a mis au point un matériau d'anode prometteur de la prochaine génération qui pourrait répondre à ces besoins essentiels.
Comportement des anodes nanocomposites en carbone dur et en étain dans les batteries lithium-ion et sodium-ion
POSTECH
Si le graphite, le matériau d'anode le plus courant dans les batteries lithium-ion (LIB), offre une solide stabilité structurelle, il est limité par sa faible capacité théorique et ses taux de charge/décharge lents. Pour surmonter ces limitations, les chercheurs ont proposé une nouvelle conception d'électrode qui combine le carbone dur et l'étain (Sn).
Le carbone dur est un matériau carboné désordonné qui présente une abondance de micropores et de voies de passage, facilitant la diffusion rapide des ions lithium et sodium. Cette structure permet à la fois un stockage d'énergie élevé et une robustesse mécanique, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications à haut débit et à longue durée de vie.
Cependant, l'incorporation de l'étain présentait un autre défi. Plus les particules d'étain sont petites, plus l'expansion volumique problématique pendant les cycles est réduite, ce qui améliore la stabilité globale. Malheureusement, le faible point de fusion de l'étain (∼230 °C) rend difficile la synthèse de particules aussi fines. L'équipe de recherche a résolu ce problème en utilisant un processus sol-gel suivi d'une réduction thermique, réussissant à intégrer des nanoparticules d'étain de moins de 10 nm uniformément réparties dans la matrice de carbone dur.
La structure composite qui en résulte présente une synergie fonctionnelle qui va au-delà du simple mélange physique. Les nanoparticules d'étain agissent non seulement comme des matériaux actifs, mais aussi comme des catalyseurs qui favorisent la cristallisation du carbone dur environnant. Pendant le cycle électrochimique, la formation réversible de liaisons Sn-O contribue à améliorer la capacité de la batterie par le biais de réactions de conversion.
L'électrode conçue a démontré d'excellentes performances dans les cellules lithium-ion, en maintenant un fonctionnement stable sur 1 500 cycles dans des conditions de charge rapide de 20 minutes, tout en atteignant une densité d'énergie volumétrique 1,5 fois plus élevée que celle des anodes conventionnelles en graphite. Ce résultat représente une intégration réussie d'une puissance élevée, d'une énergie élevée et d'une longue durée de vie dans une seule électrode.
Fait remarquable, l'électrode présente également des performances exceptionnelles dans les batteries sodium-ion (SIB). Les ions sodium présentent généralement une faible réactivité avec les matériaux d'anode conventionnels tels que le graphite ou le silicium. Toutefois, la structure nanocomposite dure carbone-étain conserve une excellente stabilité et une cinétique rapide dans les environnements sodiques, ce qui souligne sa polyvalence sur de multiples plates-formes d'accumulateurs.
Le professeur Soojin Park de POSTECH a déclaré : "Cette recherche représente une nouvelle étape dans le développement des batteries haute performance de la prochaine génération et est prometteuse pour les applications dans les véhicules électriques, les systèmes hybrides et les systèmes d'énergie renouvelable à l'échelle du réseau". Gyujin Song de KIER a ajouté : "La réalisation d'une anode présentant à la fois une puissance, une stabilité et une densité énergétique élevées, ainsi que sa compatibilité avec les systèmes sodium-ion, marque un tournant sur le marché des batteries rechargeables".
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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