Les électrodes de batteries à nanoparticules déposées par dépôt électrophorétique pourraient conduire à des batteries plus légères et plus efficaces. En haut se trouve un schéma du processus EPD. Le milieu est une image au microscope électronique de l'électrode à nanoparticules.
(Phys.org)—Les scientifiques des matériaux ont développé un moyen robuste de fabriquer sans carbone et sans polymère, films colloïdaux légers pour électrodes de batteries lithium-ion, ce qui pourrait grandement améliorer les performances de la batterie.
En développant une méthode d'électrodes sans additif qui maintiennent une conductivité élevée, les chercheurs ont ouvert de nouvelles possibilités pour réduire le poids et le volume des batteries, tout en créant un système de modèles pour étudier la physique des électrodes à nanoparticules.
L'oeuvre, dirigé par Richard Robinson, professeur assistant en science et ingénierie des matériaux, et étudiant diplômé Don-Hyung Ha, est présenté dans le numéro du 10 octobre de Lettres nano (Vol. 12, n° 10).
Les nanoparticules ont fait l'objet d'études approfondies en tant que cathode et anode actives dans les batteries lithium-ion, composants courants des appareils électroniques, car elles peuvent améliorer les propriétés électrochimiques des batteries.
Pour utiliser des nanoparticules colloïdales pour les électrodes, il avait été nécessaire de les associer à des matériaux conducteurs à base de carbone pour améliorer le transport de charges, ainsi que des liants polymères pour coller les particules entre elles et au substrat d'électrode, dit Robinson. Ce processus a ajouté un poids supplémentaire à la batterie et a rendu difficile la modélisation du mouvement des Li-ions et des électrons à travers le mélange.
La technique de traitement critique utilisée par Robinson et ses collègues était le dépôt électrophorétique, qui lie les nanoparticules métalliques à la surface du substrat d'électrode les unes aux autres dans un assemblage, créant de forts contacts électriques entre les particules et le collecteur de courant.
Le processus entraîne une amélioration significative de l'assemblage des électrodes de la batterie qui ne peut pas être reproduite par des méthodes conventionnelles. Une fois attaché, les particules ne sont plus solubles et sont mécaniquement robustes. En réalité, ce traitement crée un film qui a une stabilité mécanique supérieure par rapport aux films fabriqués par des méthodes conventionnelles de fabrication de piles avec des liants, dit Robinson.
Cette recherche a conduit à la première électrode de batterie à nanoparticules d'oxyde de cobalt fabriquée sans utiliser de liants ni d'additifs de noir de carbone, et ils présentent des capacités gravimétriques et volumétriques élevées, même après 50 cycles.
