Les batteries Li-ion (LIB) sont des dispositifs de stockage d'énergie avantageux en raison de leur densité d'énergie spécifique plus élevée, autodécharge plus faible, et un effet mémoire plus faible. Parmi les composants des batteries, les matériaux d'électrode jouent un rôle clé dans l'amélioration des propriétés électrochimiques. Ainsi, le développement de matériaux d'électrode avancés pour les LIB hautes performances est un objectif majeur dans les domaines de recherche connexes.

Nanomatériaux bidimensionnels (2-D), dont le graphène, nanofeuillets d'oxyde de métal de transition (TMO), nanofeuillets de dichalcogénure de métal de transition (TMD), etc., sont composés d'une ou plusieurs monocouches d'atomes (ou mailles unitaires). Ils ont des propriétés physiques et chimiques exceptionnelles contrairement à leurs homologues en vrac. L'intégration de nanomatériaux 2D avec des dispositifs de stockage d'énergie pourrait surmonter des défis majeurs entraînés par des demandes énergétiques mondiales toujours croissantes. Malheureusement, l'utilisation directe de ces matériaux en forme de feuille est difficile en raison d'une sérieuse tendance à l'auto-agglomération, conductivité relativement faible, et des changements de volume évidents au cours des cycles de charge-décharge répétés.

Dans un nouvel article de synthèse publié dans Revue scientifique nationale , des scientifiques australiens de l'Université de technologie du Queensland et de l'Université de Wollongong ont résumé les progrès récents sur les stratégies d'amélioration des performances de stockage du lithium des nanomatériaux 2D. Ces stratégies de manipulation des structures et des propriétés devraient répondre aux défis majeurs des nanomatériaux avancés dans les applications de stockage d'énergie. Co-auteurs Jun Mei, Yuanwen Zhang, Ting Liao, Ziqi Sun et Shi Xue Dou ont identifié trois stratégies principales :l'hybridation avec des matériaux conducteurs, fonctionnalisation surface/arête, et l'optimisation structurelle.

« La stratégie d'hybridation est la plus courante pour les nanocomposites à base de TMO/TMD, dans laquelle quelques nanostructures conductrices, par exemple. nano-carbone, nanotubes de carbone (CNT), graphène, polymères organiques, nanoparticules métalliques, etc., sont introduits pour s'hybrider avec des nanofeuillets TMO/TMD pour améliorer la conductivité globale et s'adapter à l'expansion volumique des nanomatériaux d'oxyde métallique ou de sulfure pendant les cycles de charge/décharge répétés, " rapportent les chercheurs.

"La deuxième stratégie est la fonctionnalisation bord/surface, qui peut être obtenu par dopage atome/ion ou ingénierie des défauts sur les bords ou sur les surfaces des nanomatériaux 2D. L'implantation d'hétéroatomes ou d'ions dans des nanomatériaux 2D permet de moduler la structure électronique, la réactivité chimique de surface, ou l'espacement intercouche des nanomatériaux 2-D, et améliore encore la capacité de stockage des ions lithium, " écrivent-ils. " La troisième stratégie d'optimisation de la structure est souvent réalisée en contrôlant certains paramètres structurels pendant la fabrication, comme l'épaisseur, Taille, pores, ou la morphologie de surface, qui ont des impacts significatifs sur les propriétés dépendant de la structure et les performances électrochimiques, et sont bénéfiques pour atténuer l'inévitable réempilage automatique et exposer des sites plus actifs."

Les scientifiques concluent, "Ces stratégies efficaces pour améliorer le stockage du lithium des nanomatériaux 2-D seront de bons points de référence pour les scientifiques et les chercheurs dans les domaines connexes des matériaux, chimie, et nanotechnologie, qui sont impatients de développer des batteries rechargeables supérieures de nouvelle génération".