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  • Améliorer les batteries lithium-ion grâce à la recherche à l'échelle nanométrique

    Image MET d'un nanofil Silicium / Germanium.

    Nouvelle recherche menée par un ingénieur électricien de l'Université de Californie, San Diego vise à améliorer les batteries au lithium (Li) ion grâce à de nouvelles architectures d'électrodes possibles avec des conceptions précises à l'échelle nanométrique. Les chercheurs ont présenté des nanofils qui bloquent la diffusion du lithium à travers la surface de silicium du fil et favorisent la lithiation axiale couche par couche du noyau de germanium du nanofil.

    Shadi Dayeh, professeur au Département de génie électrique et informatique de la UC San Diego Jacobs School of Engineering, a expliqué que ce travail pourrait conduire à "un moyen efficace d'adapter l'expansion du volume des électrodes de batterie lithium-ion qui pourrait potentiellement minimiser leur fissuration, améliorer leur durabilité, et peut-être influencer la façon dont on pourrait penser à différentes architectures d'électrodes."

    La recherche a été récemment publiée dans la revue Lettres nano dans l'article "Tailoring Lithiation Behavior by Interface and Bandgap Engineering at the Nanoscale".

    En enrobant des nanofils de germanium avec du silicium, les chercheurs ont arrêté presque toute diffusion de surface des ions lithium dans les nanofils. Au lieu, diffusion du lithium, connu sous le nom de lithiation, s'est produite couche par couche le long de l'axe du nanofil contrairement à celle de la surface du nanofil qui n'était pas recouverte de silicium.

    "Ces résultats démontrent pour la première fois que l'ingénierie d'interface et de bande interdite des réactions électrochimiques peut être utilisée pour contrôler les chemins de transport / insertion ioniques à l'échelle nanométrique et peut donc être un nouvel outil pour définir les réactions électrochimiques dans les batteries Li-ion, " écrivent les chercheurs dans leur article Nano Letters.

    Regardez une vidéo qui montre la lithiation axiale du noyau de germanium d'un nanofil recouvert de silicium, ainsi que la diffusion radiale du lithium dans un nanofil de germanium non enrobé. La vidéo provient du laboratoire d'électronique intégrée et de bio-interfaces de Dayeh à l'UC San Diego et des collaborateurs des laboratoires nationaux Sandia.

    Écoutez une conversation audio avec Shadi Dayeh sur SoundCloud.

    Ce travail s'appuie sur des recherches démontrant une excellente maîtrise de l'hétérostructuration germanium/silicium (Ge/Si), que Dayeh et ses collègues ont récemment publié comme article de couverture dans Lettres de physique appliquée et une lettre de motivation dans le journal Lettres nano .

    Dayeh a développé les nanofils pendant son séjour de chercheur postdoctoral au Laboratoire national de Los Alamos (LANL). Des expériences de lithiation ont été réalisées par deux chercheurs postdoctoraux des laboratoires nationaux Sandia, Drs. Yang Liu et Xiaohua Liu, et les chercheurs postdoctoraux de Dayeh travaillant au LANL. Dayeh a formulé le mécanisme et effectué l'analyse et les simulations après avoir rejoint la faculté du département de génie électrique et informatique de la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego.

    Les sources de financement de cette recherche comprennent les nanostructures pour le stockage de l'énergie électrique (NEES), un Energy Frontier Research Center (EFRC) financé par le département américain de l'Énergie, Laboratoire national de Los Alamos, Laboratoires nationaux Sandia, et UC San Diego.


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