Les voitures à batterie offrent de nombreux avantages environnementaux, mais une voiture avec un plein d'essence peut voyager plus loin. En améliorant la capacité énergétique des batteries lithium-ion, une nouvelle électrode fabriquée à partir de nanoparticules d'oxyde de fer pourrait aider les véhicules électriques à parcourir de plus grandes distances.

Développé par Zhaolin Liu de l'Institut A*STAR de recherche et d'ingénierie des matériaux, Singapour, et Aishui Yu de l'Université de Fudan, Chine, et collègues, le matériau de l'électrode est bon marché, convient à la fabrication à grande échelle et peut stocker des densités de charge plus élevées que les électrodes conventionnelles utilisées dans les batteries lithium-ion.

Ces batteries stockent et libèrent de l'énergie en faisant la navette des ions lithium entre deux électrodes connectées dans un circuit. Pendant la charge, des ions lithium s'échappent de la cathode, qui est fabriqué à partir de matériaux tels que l'oxyde de lithium et de cobalt. Les ions migrent à travers un électrolyte liquide et dans l'anode, qui est généralement fait de graphite criblé de minuscules pores. Lorsque la batterie se décharge, le processus se déroule en sens inverse, générer un courant électrique entre les électrodes.

Les oxydes de fer ont une capacité de charge beaucoup plus élevée que le graphite, mais le processus est lent. Le fait de forcer des ions lithium dans le matériau modifie également son volume, détruire l'anode après seulement quelques cycles de charge.

Liu, Yu et son équipe ont estimé qu'une anode fabriquée à partir de nanoparticules d'oxyde de fer se chargerait plus rapidement, car ses pores donneraient un accès facile aux ions lithium. Les pores peuvent également permettre à la structure du matériau de changer à mesure que les ions s'accumulent à l'intérieur.

Les chercheurs ont fabriqué des particules de 5 nanomètres de large d'un oxyde de fer connu sous le nom de α-Fe 2 O 3 , simplement en chauffant du nitrate de fer dans de l'eau. Ils ont mélangé les particules avec une poussière appelée noir de carbone, les lier avec du fluorure de polyvinylidène et enrober le mélange sur une feuille de cuivre pour fabriquer leurs anodes.

Au cours du premier cycle de charge et de décharge, les anodes ont montré une efficacité de 75-78%, en fonction de la densité de courant utilisée. Après dix autres cycles, cependant, l'efficacité s'est améliorée à 98%, presque aussi élevé que les batteries lithium-ion commerciales. Les recherches menées par d'autres équipes suggèrent qu'au cours des premiers cycles, les nanoparticules d'oxyde de fer sont décomposées jusqu'à atteindre une taille optimale.

Après 230 cycles l'efficacité de l'anode est restée à 97%, d'une capacité de 1, 009 milliampères-heures par gramme (mA h g ^-1 )—presque trois fois supérieure aux anodes en graphite du commerce. Le matériau n'a connu aucun des problèmes de dégradation qui ont affecté les autres anodes en oxyde de fer.

L'équipe travaille maintenant à optimiser la synthèse des nanoparticules et à augmenter l'efficacité des premiers cycles de charge de l'anode.