Les batteries lithium-ion, très utilisés sur les appareils électriques ou les véhicules électriques, attirent tous les regards. Elles sont effectivement considérées comme la solution énergétique de prochaine génération. Cependant, les anodes des batteries lithium utilisées aujourd’hui présentent de multiples insuffisances. Des défaillances allant d’une faible conductivité électronique ionique et de changements structurels pendant le cycle de charge/décharge à une faible capacité spécifique. Ce qui limite grandement ses performances.
À la recherche d’un meilleur matériau pour batteries
Le Dr Jun Kang, de l’Université maritime et océanique de Corée, et ses collègues de l’Université nationale de Pusan, ont conçu une anode beaucoup plus efficace. Une anode qui, grâce à ses caractéristiques structurelles uniques, surmonte bon nombre des obstacles existants en matière d’efficacité anodique.
« Nous nous sommes concentrés sur le séléniure de manganèse (MnSe), un composé de métal de transition abordable. Le Manganèse est connu pour sa haute conductivité électrique. Il est aussi célèbre pour son applicabilité dans le développement de semi-conducteurs et de supercondensateurs, comme candidat possible pour l’anode LIB avancée. » explique le Dr Kang.
Cependant, le MnSe subit un changement de volume drastique (de près de 160 %) au cours des cycles de charge-décharge. Ce qui non seulement réduit les performances de l’électrode, mais soulève également des problèmes de sécurité.
Afin d’éviter ce changement de volume, les chercheurs ont mis au point un procédé simple et peu coûteux. Ils ont pour ce faire infuser uniformément les nanoparticules de manganèse dans une matrice tridimensionnelle de feuilles de carbone poreuses. Dans le matériau anodique nouvellement développé (appelé MnSe 3DCNM), l’échafaudage de feuillets nanométriques de carbone a conféré aux nanoparticules de MnSe ancrées de nombreux avantages. Ils ont par exemple nombre élevé de sites actifs et une surface de contact améliorée avec l’électrolyte. Elle les a également protégées d’une expansion volumique radicale.
Une toute nouvelle variété de matériaux
Les chercheurs ont réussi à synthétiser une variété de matériaux MnSe 3DCNM. Parmi ceux-ci, ils ont constaté que le MnSe ⊂ 3DCNM-1,92 présentait la meilleure stabilité de cycle et les meilleures capacités de taux. Combiné à l’oxyde de manganèse (III, IV) de lithium dans une cellule complète, l’équipe a observé que le MnSe ⊂ 3DCNM-1.92 continuait remarquablement à démontrer des propriétés électrochimiques supérieures. Des propriétés telles qu’une cinétique supérieure de transport des ions lithium et des électrons.
L’équipe est enthousiasmée par les implications potentielles de leur réalisation. Comme l’explique le Dr Kang, « en utilisant un échafaudage de remplissage favorable, nous avons mis au point une anode qui augmente les performances de la batterie tout en permettant un stockage réversible de l’énergie. Cette stratégie peut servir de guide pour d’autres séléniures de métaux de transition. Des matériaux présentant des surfaces élevées et des nanostructures stables. Ils peuvent aussi s’appliquer dans des systèmes de stockage, l’électrocatalyse et les semi-conducteurs. »
Avec ce nouveau développement dans le domaine des LIBs, la possibilité de réaliser un avenir plus vert devient plus brillante.
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