Les batteries lithium-ion sont utilisées pour alimenter une large gamme d'appareils électroniques, y compris les ordinateurs, appareils photo, lecteurs audionumériques et calculatrices. Des efforts considérables ont été consacrés au développement de batteries lithium-ion, en particulier pour améliorer l'efficacité et l'intégrité des électrodes de la batterie. C'est parce que pendant les processus de décharge et de charge, les ions lithium sont incorporés à plusieurs reprises dans les électrodes et extraits de celles-ci par formation d'alliage ou conversion chimique. Ces événements récurrents sont connus pour provoquer la dégradation progressive des électrodes, endommageant de manière irréversible les performances de la batterie.

Yu Wang de l'Institut des sciences chimiques et de l'ingénierie A*STAR et ses collègues ont maintenant démontré une stratégie élégante pour réduire le problème de dégradation et augmenter la capacité de rétention des batteries lithium-ion sur de nombreux cycles de charge-décharge. La stratégie consiste en l'utilisation d'un matériau composite à structure en pois comprenant de l'oxyde de cobalt (Co 3 O 4 ) nanoparticules noyées dans des fibres de carbone (voir image).

L'oxyde de cobalt est un matériau prometteur pour les anodes des batteries lithium-ion car sa capacité à retenir les ions est supérieure à celle des matériaux d'électrode conventionnels, comme l'étain. En outre, Co 3 O 4 peut être facilement converti en LiCoO 2 , qui est le matériau actuellement utilisé dans les cathodes commerciales. Les chercheurs ont fabriqué les structures de peapod en chauffant des nanoceintures d'hydroxyde de carbonate de cobalt recouvertes de couches de glucose polymérisé dans une atmosphère inerte à 700 ºC, puis dans l'air à 250 ºC. Les électrodes construites à l'aide du composite peapod avaient amélioré le stockage du lithium et la rétention de la capacité, fournissant 91 % de la capacité totale possible après 50 cycles de charge-décharge.

« La Co 3 O 4 les nanoparticules agissent comme des matériaux actifs pour stocker les ions lithium et les fibres de carbone creuses protègent et empêchent les nanoparticules de Co3O4 de s'agréger et de s'effondrer, " dit Wang. Les fibres de carbone jouent également le rôle de conductrice des électrons des nanoparticules.

Selon Wang, outre l'application prometteuse dans les batteries lithium-ion, la fabrication du composite peapod est une réussite en soi, car c'est la première fois que de telles nanoparticules magnétiques isolées noyées dans des fibres creuses sont produites. La microscopie électronique à balayage a révélé que le composite de peapod présente une morphologie uniforme, avec des longueurs de gousse allant jusqu'à plusieurs micromètres et des diamètres de gousse aussi petits que 50 nanomètres. Les chercheurs pensent que leur méthode pourrait être étendue pour générer des nanoparticules encapsulées en utilisant une large gamme de matériaux avec des applications au-delà des batteries lithium-ion, par exemple, en génie génétique, catalyse, la détection de gaz et la fabrication de condensateurs et d'aimants.