(Phys.org)—Quand Ovadia Lev, Professeur de chimie environnementale et de santé à l'Université hébraïque de Jérusalem, et son équipe de recherche ont développé une nouvelle technologie de revêtement il y a quelques années, ils pensaient que c'était un résultat intéressant de leurs recherches sur les solutions de peroxyde d'hydrogène. Cependant, ils ne savaient pas quoi en faire jusqu'à ce qu'ils rencontrent une équipe de chercheurs à la recherche d'un moyen simple de synthétiser de nouveaux matériaux d'anode de batterie lithium-ion, tels que les composites graphène-oxyde d'étain.

« Depuis plusieurs années, mon laboratoire, en collaboration avec mon ancien post-doctorant et partenaire de recherche actuel, Dr Petr Prikhodchenko, a fait des recherches sur la chimie sol-gel dans des solutions riches en peroxyde d'hydrogène, " Lev a dit Phys.org . « L'un des résultats de cette recherche a été une technologie pour enrober les particules par des points d'oxyde métallique nanométriques. Nous avons commencé à chercher une application de démonstration attrayante qui mettrait en lumière les avantages de notre procédure de revêtement. D'une certaine manière, nous avions un médicament et cherchions une maladie appropriée.

"Puis, mon laboratoire s'est impliqué dans une collaboration entre Israël et Singapour soutenue par la Singapore National Research Foundation dans le cadre de son programme CREATE :Nanomaterials for Energy and Water Management, et nos partenaires singapouriens se sont vite rendu compte que les anodes de batteries lithium-ion pouvaient grandement bénéficier de la flexibilité et de la simplicité de notre approche de revêtement particulaire. »

Les chercheurs sur les batteries trouvent l'oxyde de graphène-étain intéressant comme matériau d'anode dans les batteries lithium-ion pour trois raisons principales :il a une capacité de charge théorique élevée, le graphène a une conductivité élevée, et les nanocristaux d'oxyde de graphène et d'oxyde d'étain sont en contact étroit.

Le problème est que la synthèse de ces composites, qui consiste à revêtir une couche ultra-mince de nanocristaux d'oxyde d'étain sur une feuille d'oxyde de graphène, était auparavant coûteux, processus à haute température. Mais en utilisant la nouvelle technologie de revêtement, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient synthétiser des composites graphène-oxyde d'étain à température ambiante, sans infrastructure compliquée, à moindre coût, et d'une manière respectueuse de l'environnement.

Lev, Prikhodchenko, et leurs co-auteurs, des institutions en Israël, Russie, et Singapour, ont publié leur étude sur la méthode de synthèse améliorée dans un récent numéro de Nanotechnologie .

Comme l'expliquent les chercheurs, la nouvelle technologie de revêtement particulaire utilise du peroxyde d'hydrogène pour induire la formation et le dépôt de nanocristaux d'oxyde d'étain sur l'oxyde de graphène. Dans une étude précédente, les chercheurs ont découvert que le peroxyde d'hydrogène favorise la formation d'un revêtement d'oxyde d'étain par plusieurs mécanismes chimiques, telles que la promotion de la liaison et la prévention de l'agrégation des particules.

Grâce à cette technique de revêtement, ici, les chercheurs ont atteint une taille moyenne de nanocristaux d'oxyde d'étain de seulement 2,5 nm, ce qui est nettement plus petit que la taille de 4 nm précédemment atteinte. La petite taille diminue la déformation causée par l'alliage du lithium, ce qui à son tour améliore les performances de cycle de charge/décharge.

Démontrer les performances des composites dans les batteries, les chercheurs ont utilisé l'oxyde de graphène-étain pour préparer deux types d'anodes lithium-ion :l'oxyde de graphène avec un revêtement d'oxyde d'étain, et de l'oxyde de graphène avec un revêtement d'oxyde d'étain et d'étain. Les deux anodes présentaient une capacité élevée (à partir d'environ 1500 mAhg ^-1 ) qui dépasse la capacité théorique prévue, bien qu'il soit tombé à environ 700 mAhg ^-1 après 90 cycles. Les deux anodes présentaient également une cyclabilité charge/décharge stable en raison du contact intime entre le graphène conducteur et de très petits nanocristaux d'oxyde d'étain. Le composite sans étain présentait une capacité de charge plus élevée mais une stabilité légèrement inférieure après un cycle de charge/décharge prolongé par rapport au composite revêtu à la fois d'oxyde d'étain et d'étain, que les chercheurs attribuent à une différence de traitement thermique plutôt qu'à la différence de composition.

Lev a expliqué comment les anodes en oxyde de graphène et d'étain s'intègrent dans la grande image de la recherche actuelle sur les batteries lithium-ion.

« Les batteries lithium-ion sont développées dans plusieurs directions parallèles, cibler les améliorations de la capacité de charge, densité d'énergie spécifique, taux de charge et de décharge, durée de vie de la batterie et évanouissement de la charge, sécurité de la batterie, et surtout le coût de la batterie, qui nécessite un procédé de fabrication bon marché à partir de matières premières bon marché, " at-il dit. " Chaque application de batteries rechargeables devrait avoir une fonction cible d'optimisation différente résultant en une composition de cellule différente. Par exemple, la décoloration de la charge est tolérée différemment dans les jouets et les téléphones intelligents, et les deux populations de consommateurs différentes seront prêtes à payer différemment pour une autonomie supplémentaire.

« Notre nouvelle approche ne cible que deux de ces aspects :une capacité de charge supérieure, qui est plus du double de celle des anodes en graphite, et à petit prix, qui se manifeste dans les matières premières bon marché et le traitement de la chimie humide."

À l'avenir, les scientifiques prévoient d'étendre leurs recherches à d'autres compositions d'électrodes qui pourraient bénéficier du traitement sol-gel du peroxyde d'hydrogène.

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