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Novel Research étend l'utilisation du silicium dans les batteries

Novel Research étend l'utilisation du silicium dans les batteries

Les batteries lithium-ion d'aujourd'hui sont assez efficaces grâce aux améliorations apportées par les chercheurs qui ont remplacé l'anode en graphite de la batterie par une anode en silicium. Aujourd'hui, de nouveaux travaux de l'Université Drexel et du Trinity College en Irlande cherchent à accroître encore cette efficacité en fortifiant les anodes en silicium avec un matériau appelé MXene.

«Les anodes en silicium devraient remplacer les anodes en graphite dans les batteries Li-ion avec un impact énorme sur la quantité d'énergie stockée», a déclaré Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University et Bach Professor au Drexel's College of Engineering et directeur de l'A.J. Drexel Nanomaterials Institute du Département de science et génie des matériaux, qui était co-auteur de la recherche.

«Nous avons découvert que l'ajout de matériaux MXene aux anodes en silicium peut les stabiliser suffisamment pour être réellement utilisés dans les batteries.

Les batteries fonctionnent en retenant les charges dans les électrodes, la cathode et l'anode. Ces charges sont délivrées à nos appareils lorsque les ions se déplacent d'anode en cathode et lorsque les ions reviennent à l'anode, la batterie est rechargée.

Les anodes en silicium peuvent accepter jusqu'à quatre ions lithium, tandis que dans les anodes en graphite, six atomes de carbone ne contiennent qu'un seul lithium. Le remplacement du graphite par du silicium comme matériau principal dans l'anode Li-ion améliorerait son efficacité, mais il y a un problème. Le silicium se dilate à mesure qu'il se charge au point de se casser.

Une solution MXene

Pour contourner ce problème, les chercheurs ont développé une nouvelle méthode de mélange de poudre de silicium dans une solution MXene. Le résultat est une anode hybride silicium-MXène.

"Les MXènes sont la clé pour aider le silicium à atteindre son potentiel dans les batteries", a déclaré Gogotsi.

«Parce que les MXènes sont des matériaux bidimensionnels, il y a plus de place pour les ions dans l'anode, et ils peuvent s'y déplacer plus rapidement - améliorant ainsi à la fois la capacité et la conductivité de l'électrode. Ils ont également une excellente résistance mécanique, donc le silicium- Les anodes MXene sont également assez durables jusqu'à 450 microns d'épaisseur. "

Les MXènes sont constitués d'un matériau céramique en couches gravé chimiquement appelé phase MAX. Les chercheurs ont produit plus de 30 types de MXene à ce jour.

L'équipe de chercheurs en a utilisé deux pour fabriquer les anodes en silicium-MXène et a constaté que tous les échantillons d'anode présentaient une capacité lithium-ion plus élevée que les anodes conventionnelles en graphite ou en silicium-carbone. Ils ont signalé une conductivité plus élevée allant jusqu'à 100 à 1 000 fois plus efficace.

"Le réseau continu de nanofeuilles MXene fournit non seulement une conductivité électrique suffisante et un espace libre pour s'adapter au changement de volume, mais résout également bien l'instabilité mécanique du Si", écrivent-ils.

"Par conséquent, la combinaison d'encre MXene visqueuse et de Si haute capacité démontrée ici offre une technique puissante pour construire des nanostructures avancées avec des performances exceptionnelles."

Les chercheurs notent également que l'ingénierie des anodes MXene se prête facilement à une production de masse. L'étude est publiée dansCommunications de la nature.


Voir la vidéo: Développer les batteries de demain (Novembre 2021).