Lithium-oxygène non aqueux (Li-O 2 ) les batteries pourraient stocker de l'énergie à des densités rivalisant avec l'essence. Commercialiser cette technologie émergente, cependant, nécessitera des percées qui permettront de recharger efficacement les batteries. Hye Ryung Byon et Eda Yilmaz de l'unité de recherche de l'initiative RIKEN Byon ont fait un grand pas vers cet objectif en améliorant considérablement l'efficacité de recharge de Li-O 2 batteries par application judicieuse d'oxyde de ruthénium catalytique (RuO 2 ) nanoparticules.

Les batteries Li-O2 éliminent les cathodes à oxyde de métaux lourds utilisées dans les batteries lithium-ion conventionnelles pour laisser le lithium réagir directement avec l'oxygène de l'air sur les cathodes faites de lumière, matériaux poreux tels que les nanotubes de carbone. Lorsque la batterie se décharge, les ions lithium et l'oxygène gazeux réagissent pour former du peroxyde de lithium (Li 2 O 2 ) cristaux sur la cathode. Pour recharger la batterie, le Li isolant 2 O 2 les cristaux doivent être décomposés - une réaction qui nécessite des potentiels de recharge importants, ce qui peut raccourcir la durée de vie de la batterie.

Byon et Yilmaz ont essayé d'améliorer l'efficacité de recharge de la batterie en ajoutant RuO 2 nanoparticules aux cathodes des nanotubes de carbone. "RuO 2 a une énergie de surface optimale pour l'adsorption d'oxygène et est un bon catalyseur pour les réactions d'oxydation, " explique Yilmaz. Cependant, car la plupart des catalyses à base de ruthénium sont réalisées dans des solutions aqueuses, l'équipe a dû avancer prudemment pour comprendre ce qui se passerait lorsque RuO 2 était entouré de solides Li 2 O 2 .

Des expériences ont révélé que le nouveau composite de nanotubes RuO2/carbone réduisait considérablement le potentiel de recharge de la batterie par rapport aux cathodes fabriquées à partir de nanotubes seuls. Pour comprendre pourquoi, les chercheurs ont collaboré avec le Centre de rayonnement synchrotron de l'Université Ritsumeikan à Kyoto pour caractériser les produits de décharge en utilisant un certain nombre de techniques, y compris la spectroscopie d'absorption des rayons X et la microscopie électronique. Ces tests ont révélé que le Li 2 O 2 dépôts sur le RuO 2 -les nanotubes chargés avaient une morphologie amorphe assez différente de celle observée dans tout autre Li–O 2 système de batterie.

Les images de microscopie électronique ont montré que Li 2 O 2 les particules qui se sont formées sur les cathodes nues des nanotubes avaient cristaux en forme de halo. Sur le RuO 2 /cathodes en nanotubes de carbone, cependant, une couche informe de Li 2 O 2 enrobé l'ensemble du nanotube (Fig. 1). L'équipe note que cette couche de Li2O2 a une grande surface de contact avec la cathode conductrice du nanotube de carbone. Par conséquent, Li 2 O 2 la décomposition peut être réalisée avec moins d'énergie, résultant en une meilleure efficacité de la batterie.

"C'est l'une des premières études montrant comment les catalyseurs affectent le Li-O non aqueux 2 piles; Jusqu'à présent, l'impact de la structure Li2O2 sur les performances de la batterie a été peu étudié, " dit Byon. "Cette recherche pourrait servir de guide pour de futures approches alternatives."