Des chercheurs de l'USC ont développé une nouvelle conception de batterie lithium-ion qui utilise des nanoparticules de silicium poreux à la place des anodes en graphite traditionnelles pour offrir des performances supérieures.
Les nouvelles batteries, qui pourraient être utilisées dans n'importe quoi, des téléphones portables aux voitures hybrides, contiennent trois fois plus d'énergie que des conceptions comparables à base de graphite et se rechargent en 10 minutes. La conception, actuellement sous un brevet provisoire, pourrait être disponible dans le commerce d'ici deux à trois ans.
« C'est une recherche passionnante. Elle ouvre la porte à la conception des batteries lithium-ion de prochaine génération, " dit Chongwu Zhou, professeur à l'USC Viterbi School of Engineering, qui a dirigé l'équipe qui a développé la batterie. Zhou a travaillé avec les étudiants diplômés de l'USC Mingyuan Ge, Jipeng Rong, Xin Fang et Anyi Zhang, ainsi que Yunhao Lu de l'Université du Zhejiang en Chine. Leurs recherches ont été publiées dans Nano-recherche en janvier.
Les chercheurs ont longtemps tenté d'utiliser le silicium, qui est bon marché et a une capacité potentielle élevée, dans les anodes de batterie. (Les anodes sont l'endroit où le courant circule dans une batterie, tandis que les cathodes sont l'endroit où le courant sort.) Le problème a été que les conceptions précédentes d'anodes en silicium, qui étaient essentiellement de minuscules plaques du matériau, s'est effondré à la suite de gonflements et de rétrécissements répétés pendant les cycles de charge/décharge et est rapidement devenu inutile.
L'année dernière, L'équipe de Zhou a expérimenté des nanofils de silicium poreux de moins de 100 nanomètres de diamètre et de quelques microns de long. Les minuscules pores des nanofils ont permis au silicium de se dilater et de se contracter sans se rompre tout en augmentant simultanément la surface, ce qui permet aux ions lithium de se diffuser plus rapidement dans et hors de la batterie. l'amélioration des performances.
Même si les piles fonctionnaient bien, les nanofils sont difficiles à fabriquer en masse. Résoudre le problème, L'équipe de Zhou a pris des nanoparticules disponibles dans le commerce - de minuscules sphères de silicium - et les a gravées avec les mêmes pores que les nanofils. Les particules fonctionnent de manière similaire et peuvent être fabriquées en n'importe quelle quantité souhaitée.
Bien que les batteries à nanoparticules de silicium ne durent actuellement que 200 cycles de recharge (contre une moyenne de 500 pour les conceptions à base de graphite), l'ancienne conception à base de nanofils de silicium de l'équipe a duré jusqu'à 2, 000 cycles, qui a été rapporté dans Nano Lett en avril dernier. Le développement ultérieur de la conception des nanoparticules devrait augmenter la durée de vie de la batterie, dit Zhou.
"La méthode simple que nous utilisons peut générer un réel impact sur les applications de batterie dans un proche avenir, " dit Zhou.
Les recherches futures du groupe se concentreront sur la recherche d'un nouveau matériau de cathode à haute capacité qui s'associera bien avec les nanofils de silicium poreux et/ou les nanoparticules de silicium poreux pour créer une batterie entièrement repensée.
