Le nouveau matériau pourrait promettre des batteries lithium-ion plus efficaces

Des chercheurs de l’IIT Gandhinagar et du Japan Advanced Institute of Science and Technology ont découvert un nouveau matériau d’anode capable de charger des véhicules électriques à des vitesses ultra-rapides.

Graphique montrant les travaux sur un nouveau matériau d’anode pour une charge ultra-rapide des batteries Li-Ion

Des chercheurs indiens ont découvert un nouveau matériau d’anode qui pourrait être utile pour prolonger la durée de vie et la charge rapide des batteries lithium-ion (LIB). Cette découverte pourrait aider à recharger les appareils alimentés par batterie et les véhicules électriques (VE) à des vitesses ultra élevées.

L’étude a été menée par des chercheurs de l’Institut indien de technologie (IIT) Gandhinagar en collaboration avec l’Institut japonais des sciences et technologies avancées (JAIST).

Un nouveau matériau d’anode bidimensionnel (2D) a été développé à l’aide de nanofeuilles dérivées de diborure de titane (TiB2), qui ressemblent à un empilement sandwich avec des molécules métalliques entre des couches de bore. Cette innovation a le potentiel de passer du laboratoire à des applications réelles, ont déclaré les chercheurs.

Les LIB ont un matériau d’anode comme électrode négative qui est ajouté au matériau de cathode dans une cellule de batterie Li-ion. Les matériaux d’anode dans une cellule lithium-ion agissent comme un hôte, permettant l’intercalation/désintercalation lithium-ion pendant le cycle de charge ou de décharge de la batterie.

Les anodes en graphite LIB à densité d’énergie extrêmement élevée peuvent faire fonctionner un véhicule électrique sur des centaines de kilomètres avec une seule charge. Cependant, ils ont leurs propres défis sur le front de la sécurité car ils sont sujets aux risques d’incendie.

Les anodes au lithium-titanate sont une alternative plus sûre et préférée, et elles facilitent également une charge rapide. Mais ils ont une densité d’énergie plus faible, ils doivent donc être rechargés plus souvent.

Le matériau d’anode est l’électrode négative dans les batteries lithium-ion et est combiné avec le matériau de cathode dans la cellule de batterie lithium-ion. Les matériaux d’anode dans les cellules lithium-ion agissent comme un hôte, permettant une intercalation/désintercalation lithium-ion réversible pendant les cycles de charge ou de décharge.

Les batteries Li-Ion alimentées par un matériau d’anode à base de nanofeuilles sont supérieures car elles offrent un temps de charge ultra-rapide (charge complète en quelques minutes), une longue durée de vie (10 000 cycles à des courants de charge élevés) et les nanofeuilles utilisées pour fabriquer l’anode . densité des pores.

Bien que la nature plane et la chimie des nanofeuilles offrent une grande surface pour capturer les ions Li, les pores permettent une meilleure diffusion des ions.

Une équipe de recherche dirigée par Kabeer Jasuja (de l’IITGN) et Noriyoshi Matsumi (JAIST) sur le diborure de titane (TiB)2) à base de nanofeuilles hiérarchiques (THNS) a été utilisé pour fabriquer l’anode, qui présentait une capacité de décharge de 174 mA h/g (une unité de mesure de la capacité énergétique de la batterie) réalisable à un taux de courant de 1 A/. g dans les 10 minutes.

La structure imbriquée en forme de tapis facilite la migration facile des charges dans et hors des nanofeuilles, ce qui résout le problème de la diffusion Lithium-Ion.

Ils ont également découvert que cette anode est capable d’une charge ultra-rapide avec une capacité de décharge importante lors d’un stockage à haute capacité (jusqu’à 80 % même après 10 000 cycles), ce qui signifie que les batteries fabriquées à partir de ce matériau fourniront presque la même énergie. haute performance même après plus de 10 000 cycles de charge.

De plus, aucune dégradation ou corrosion ne s’est produite dans le THNS en raison de réactions redox, la porosité est également très bien préservée et il présente une stabilité structurelle avec moins d’expansion volumique (moins de 40 %) sur des milliers de cycles de charge-décharge.

“Avoir des atomes de titane et de bore disposés dans une structure poreuse entrelacée en forme de tapis dans les nanofeuilles contribue à un transport et un stockage efficaces de la charge”, a déclaré Akash Varma, étudiant en MTech, premier auteur de l’étude.

Il a passé un an à l’IITGN et un an à la JAIST dans le cadre d’un double master – un programme collaboratif unique entre la JAIST et l’IITGN.

Dinesh O Shah Kabeer Jasuja, professeur agrégé, Département de génie chimique, IITGN, a déclaré : « Ce qui rend ce travail particulièrement utile, c’est la disponibilité d’une méthode de synthèse TiB.2 les nanofeuilles sont intrinsèquement évolutives.

“Il ne nécessite que le mélange de TiB2 particules dans une solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène dilué et lui permet de recristalliser. L’évolutivité est le facteur limitant pour qu’un nanomatériau devienne une technologie tangible. Notre méthode pour synthétiser ce TiB2 les nanofeuilles ne nécessitent qu’un mélange et ne nécessitent aucun équipement sophistiqué, ce qui les rend hautement adoptables.”

Cette étude collaborative a récemment été publiée dans la revue ACS Nanomatériaux Appliqués. (Inde Science Tél)

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