De nouvelles nanoparticules creuses d'oxyde de fer avec une concentration élevée de défauts ont été synthétisées par les utilisateurs de l'installation du Centre pour les matériaux à l'échelle nanométrique (CNM) de la Division des sciences et de l'ingénierie chimiques d'Argonne et de Advanced Photon Source (APS), et l'Université de Chicago, en collaboration avec le CNM NanoBio Interfaces Group. Un nouveau concept de fabrication d'électrodes basé sur le scellement de nanoparticules entre des couches de nanotubes de carbone pur a également été développé. Lorsque cette nouvelle électrode a été utilisée comme cathode, les lacunes inhérentes au fer ont permis d'augmenter considérablement les performances d'une batterie lithium-ion.

Les électrodes conventionnelles à base de nanoparticules s'estompent rapidement en raison de la mauvaise connectivité entre les nanoparticules et le collecteur de courant. Les nouvelles électrodes permettent une intercalation réversible lithium-ion, ce qui a entraîné une capacité et une efficacité élevées, des performances tarifaires supérieures, et une excellente stabilité (pas de décoloration sur plus de 500 cycles). Ce résultat démontre que la morphologie des nanomatériaux est essentielle au développement des batteries lithium-ion.

Au CNM, gamma-Fe creux 2 O 3 les nanoparticules ont été synthétisées avec quatre fois plus de lacunes cationiques que les nanoparticules solides ou les matériaux en vrac. La fabrication de nouvelles électrodes impliquait de sceller les nanoparticules entre des couches de nanotubes de carbone purs à parois multiples sans liants ni additifs. Des études électrochimiques ont révélé une capacité élevée (132 mAh/g à 2,5 V), 99,7% d'efficacité coulombienne, performances de débit supérieures (133 mAh/g à 3000 mA/g), et une excellente stabilité. A l'APS, la transformation structurelle in situ des nanoparticules par des techniques d'absorption et de diffraction des rayons X synchrotron a permis de bien comprendre les processus du lithium au cours du cyclage électrochimique.