De nouveaux types de nanostructures se sont révélés prometteurs pour des applications dans les dispositifs et systèmes énergétiques électrochimiques, y compris les technologies de batterie avancées.

Un procédé de fabrication de ces nanostructures est le désalliage, dans lequel un ou plusieurs composants élémentaires d'un alliage sont sélectivement extraits des matériaux.

Les chercheurs Karl Sieradzki et Qing Chen de l'Université d'État de l'Arizona ont expérimenté le désalliage d'alliages lithium-étain, et voyant le potentiel des nanostructures qu'ils produisent pour déclencher des avancées dans les batteries lithium-ion, ainsi que dans l'élargissement de la gamme de méthodes pour créer de nouveaux matériaux nanoporeux en utilisant le processus de désalliage.

Les résultats de leurs recherches sont détaillés dans un article qu'ils ont co-écrit et qui a été récemment publié sur le site Web de la revue scientifique et technique de premier plan. Matériaux naturels (Publication en ligne anticipée).

Sieradzki est un scientifique des matériaux et professeur à l'École d'ingénierie de la matière, Transports et énergie, l'une des écoles d'ingénierie Ira A. Fulton de l'ASU.

Chen a obtenu son doctorat en science des matériaux à l'ASU au printemps dernier et est maintenant assistant de recherche postdoctoral.

Les matériaux nanoporeux fabriqués par désalliage sont composés de trous en zigzag à l'échelle nanométrique et de métal. Ces structures ont trouvé une application dans la catalyse (utilisée pour augmenter la vitesse des réactions chimiques) ainsi que dans l'actionnement (utilisé pour déplacer ou contrôler mécaniquement divers mécanismes ou systèmes) et les supercondensateurs (qui fournissent une grande quantité de capacité électrique élevée dans les petits appareils).

Ils pourraient également améliorer les performances de la technologie de détection électrochimique et fournir des matériaux plus résistants aux dommages causés par les rayonnements.

Les nanostructures que Sieradzki et Chen ont réalisées en désalliant des alliages lithium-étain permettent un transport et un stockage plus efficaces de la charge électrique associée au lithium, tandis que la petite taille empêche la rupture du réservoir d'étain qui sert de support de stockage pour le lithium.

Les batteries lithium-ion sont l'un des principaux types de batteries rechargeables. Ils sont largement utilisés dans les produits de consommation, en particulier l'électronique portable, et sont de plus en plus utilisés dans les véhicules électriques et les technologies aérospatiales.

Sieradzki et Chen affirment qu'avec plus de recherche et de développement, les nanostructures poreuses produites par le désalliage d'alliages de lithium pourraient fournir une batterie lithium-ion avec une capacité de stockage d'énergie améliorée et une charge et une décharge plus rapides, lui permettant de fonctionner plus rapidement.

Un avantage majeur est que les nanostructures poreuses fournissant cette augmentation de puissance électrochimique peuvent évoluer spontanément pendant des conditions de traitement de désalliage accordables. Cette, Sieradzki explique, ouvre des possibilités de développement de nouveaux nanomatériaux qui pourraient avoir une multitude d'applications technologiques.

"Il y a beaucoup de métaux que les scientifiques et les ingénieurs n'ont pas été capables de rendre nanoporeux, " dit-il. " Mais il s'avère qu'avec le lithium, vous pouvez lithier et délithier beaucoup de matériaux, et le faire facilement à température ambiante. Cela pourrait donc vraiment élargir le spectre de ce qui est possible dans la fabrication de nouveaux matériaux nanoporeux par désalliage. »