Un peu de brossage peut être le secret pour fabriquer de meilleures piles au lithium rechargeables.

Le laboratoire de l'Université Rice du chimiste James Tour a introduit une technique pour régler la surface des anodes des batteries en y appliquant simplement des poudres. La poudre adhère à l'anode et devient un mince revêtement lithié qui empêche efficacement la formation de dendrites nocives.

Une poudre de phosphore et de soufre broyée à la surface d'une feuille de lithium métallique a démontré que son énergie de surface peut être réglée sans avoir besoin de solvants toxiques. Les anodes ainsi modifiées et associées à des cathodes lithium-fer-phosphate-oxyde dans des cellules de test ont montré qu'elles conservaient 70 % de capacité en plus après 340 cycles de charge-décharge que les batteries standard.

L'étude apparaît dans Matériaux avancés .

"Cela simplifierait la fabrication de batteries à haute capacité tout en les améliorant considérablement", a déclaré Tour. "Le ponçage de ces solides en poudre dans une anode au lithium métallique réduit considérablement la formation de dendrites qui peuvent court-circuiter une batterie, ainsi que la consommation accélérée des matériaux."

Weiyin Chen, auteur principal et étudiant diplômé de Rice, et ses collègues de laboratoire ont appliqué l'huile de coude nécessaire pour tester une variété de poudres candidates sur leurs électrodes. Ils ont d'abord brossé la surface pour lui donner de la texture, puis brossé en poudre pour créer le film fin qui réagit avec le lithium métallique et forme une couche de passivation solide.

Chen et le co-auteur Rodrigo Salvatierra, ancien chercheur postdoctoral et maintenant visiteur universitaire dans le laboratoire du Tour, ont construit des batteries de test et déterminé que les anodes traitées conservaient une polarisation ultra-faible - une autre caractéristique dommageable pour les batteries lithium-ion - pendant plus de 4 000 heures, environ huit fois plus longues que les anodes au lithium nues.

Tour a déclaré que les poudres ajustent efficacement l'énergie de surface des électrodes, ce qui permet un comportement plus uniforme à travers le matériau.

"Cela fournit une surface composite métallique qui empêche la perte de lithium métal de l'anode, un problème courant dans les batteries au lithium métal", a déclaré Tour. "Les batteries au lithium métal dépassent de loin la capacité des batteries lithium-ion traditionnelles, mais le lithium métal est souvent difficile à recharger de manière répétée."

"La poudre à la surface du lithium métallique produit une couche de passivation artificielle qui améliore la stabilité tout au long des cycles de charge-décharge", a déclaré Chen. "En utilisant cette méthode de brossage, la surface métallique est stabilisée afin qu'elle puisse être rechargée en toute sécurité."

Pour montrer que la technique peut avoir une application plus large, le laboratoire a également broyé de la poudre dans une électrode de sodium et a découvert que le processus stabilisait considérablement sa surtension de tension.

L'étude s'aligne sur la découverte récente de l'ingénieur en mécanique de Tour et Rice, C. Fred Higgs III, selon laquelle le ponçage de certaines poudres sur des surfaces peut les rendre superhydrophobes ou très résistantes à l'eau.

Les co-auteurs de l'article sont les anciens de Rice John Li et Duy Luong; les étudiants diplômés Jacob Beckham, Nghi La et Jianan Xu, et le visiteur académique Victor Li. Tour est le T.T. et W.F. Chaire Chao en chimie ainsi que professeur d'informatique et de science des matériaux et de nano-ingénierie à Rice. + Explorer plus loin

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