Là où les choses se compliquent, c'est là où se déroule une science intéressante dans un laboratoire de l'Université Rice qui travaille à l'amélioration de la technologie des batteries.

En utilisant des techniques similaires à celles qu'ils ont employées pour développer le graphène induit par laser, Le chimiste du riz James Tour et ses collègues ont transformé du ruban adhésif en un film d'oxyde de silicium qui remplace les anodes gênantes des batteries au lithium métal.

Pour le Matériaux avancés étudier, les chercheurs ont utilisé un découpeur laser infrarouge pour convertir l'adhésif à base de silicone d'un ruban commercial en revêtement d'oxyde de silicium poreux, mélangé avec une petite quantité de graphène induit par laser à partir du support en polyimide de la bande. La couche protectrice d'oxyde de silicium se forme directement sur le collecteur de courant de la batterie.

L'idée d'utiliser du ruban adhésif est venue de tentatives précédentes pour produire des films autoportants de graphène induit par laser, Tour dit. Contrairement aux films en polyimide pur, le ruban produisait non seulement du graphène induit par laser à partir du support en polyimide, mais aussi un film translucide là où l'adhésif avait été. Cela a attiré la curiosité des chercheurs et a conduit à d'autres expérimentations.

La couche s'est formée lorsqu'ils ont collé le ruban sur un collecteur de courant en cuivre et l'ont laser plusieurs fois pour élever rapidement sa température à 2, 300 Kelvin (3, 680 degrés Fahrenheit). Cela a généré un revêtement poreux composé principalement de silicium et d'oxygène, combiné avec une petite quantité de carbone sous forme de graphène.

Dans les expériences, le film mousseux semblait s'imprégner et libérer du lithium métal sans permettre la formation de dendrites - des protubérances hérissées - qui peuvent court-circuiter une batterie et potentiellement provoquer des incendies. Les chercheurs ont noté que le lithium métal a tendance à se dégrader rapidement pendant les cycles de charge et de décharge de la batterie avec le collecteur de courant nu, mais aucun problème de ce type n'a été observé dans les anodes recouvertes d'oxyde de silicium induit par laser (LI-SiO).

« Dans les batteries lithium-ion traditionnelles, les ions lithium sont intercalés dans une structure en graphite lors de la charge et se désintercalent lorsque la batterie se décharge, " a déclaré l'auteur principal Weiyin Chen, un étudiant diplômé de Rice. "Six atomes de carbone sont utilisés pour stocker un atome de lithium lorsque la pleine capacité du graphite est utilisée.

"Mais dans une anode au lithium métal, aucun graphite n'est utilisé, " dit-il. " Les ions lithium partent directement de la surface de l'anode métallique lorsque la batterie se décharge. Les anodes au lithium métal sont considérées comme une technologie clé pour le développement futur des batteries une fois leurs problèmes de sécurité et de performances résolus. »

Les anodes au lithium métal peuvent avoir une capacité 10 fois supérieure à celle des batteries ioniques graphite-lithium traditionnelles. Mais les batteries au lithium métal dépourvues de graphite utilisent généralement un excès de lithium métal pour compenser les pertes causées par l'oxydation de la surface de l'anode, Tour dit.

"Lorsqu'il n'y a aucun excès de lithium métal dans les anodes, ils subissent généralement une dégradation rapide, produire des cellules à cycle de vie très limité, " a déclaré le co-auteur Rodrigo Salvatierra, un visiteur académique dans le laboratoire de Tour. "Du bon côté, ces cellules « sans anode » deviennent plus légères et offrent de meilleures performances, mais au prix d'une courte vie."

Les chercheurs ont noté que le LI-SiO a triplé la durée de vie des batteries par rapport aux autres batteries au lithium métal sans excès. Les batteries revêtues de LI-SiO ont fourni 60 cycles de charge-décharge tout en conservant 70 % de leur capacité.

Tour a déclaré que cela pourrait rendre les batteries au lithium métal appropriées comme batteries hautes performances pour les expéditions en plein air ou comme stockage de grande capacité pour les pannes à court terme dans les zones rurales.

L'utilisation de lasers industriels standard devrait permettre à l'industrie de se développer pour une production sur de grandes surfaces. Tour a dit que la méthode est rapide, ne nécessite aucun solvant et peut être fait dans l'atmosphère et la température ambiantes. Il a dit que la technique peut également produire des films pour supporter des nanoparticules métalliques, revêtements protecteurs et filtres.