Les batteries lithium-ion (LIB) sont la principale source d'alimentation pour les appareils électroniques portables et les véhicules électriques. Cependant, la capacité théorique relativement faible de l'anode en graphite (372 mAh g ^-1 ) entrave l'amélioration de la densité énergétique des LIB. Par conséquent, l'exploitation de matériaux anodiques à haute capacité retient de plus en plus l'attention.

Parmi divers matériaux d'anode, l'aluminium (Al) est un candidat prometteur en raison de son excellente conductivité, capacité théorique élevée, faible potentiel de décharge, abondance naturelle, et surtout à faible coût. Cependant, Les anodes à base d'Al sont généralement étudiées dans des demi-cellules ou des cellules complètes avec une faible densité surfacique de cathode ( <2 mgcm-2), ce qui est loin d'être une exigence pratique.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Tang Yongbing et le Dr Zhang Miao des Instituts de technologie avancée de Shenzhen (SIAT) de l'Académie chinoise des sciences a publié un article intitulé "Uniform Distribution of Alloying/Dealloying Stress for High Structural Stability of Al Anode in Batterie lithium-ion haute densité" sur Matériaux avancés , qui a montré comment les chercheurs ont amélioré les performances de cyclage des batteries à base d'Al avec une cathode à haute densité surfacique.

Dans des études antérieures, l'équipe a développé une nouvelle configuration de batterie lithium-ion à haute efficacité et à faible coût, qui a utilisé une conception intégrée de feuille d'aluminium pour remplacer l'anode en graphite et le collecteur de courant Cu des LIB classiques, en omettant les matériaux anodiques conventionnels. Ainsi, le poids mort et le volume mort pourraient être considérablement réduits, améliorant encore les densités énergétiques de cette batterie. Néanmoins, cette anode intégrée présente également un problème de stabilité au cyclage lorsqu'elle est assemblée avec une cathode à haute densité surfacique.

Dans ce travail, l'équipe a découvert que la fissuration et la pulvérisation de l'anode en Al pouvaient être attribuées à la réaction inégale de charge/décharge le long des limites de l'Al vierge, ce qui a conduit à la concentration des contraintes et à la rupture ultime de l'anode en Al. Ils ont ensuite découvert qu'il était possible de prolonger la durée de vie de l'anode en Al via une répartition uniforme de la contrainte d'alliage/désalliage.

Tang et ses collaborateurs ont promu une stratégie de codéposition inactive (Cu) et active (Al) pour répartir de manière homogène les sites d'alliage et disperser la contrainte d'expansion volumique, ce qui est bénéfique pour obtenir la stabilité structurelle de l'anode en Al (à savoir Cu-Al@Al).

En raison de la réaction homogène et de la répartition uniforme des contraintes pendant le processus de charge/décharge, la batterie complète de Cu-Al@Al assemblée avec un LiFePO élevé 4 la densité surfacique de la cathode de 7,4 mg cm-2 a permis d'obtenir une rétention de capacité d'environ 88 % sur 200 cycles, qui est la meilleure performance des anodes en Al dans des batteries complètes avec une cathode d'une telle densité surfacique.

L'étude suggère que cette conception inactive/active fournit un moyen viable de résoudre le problème des anodes en Al et offre des possibilités d'applications pratiques des anodes en Al.