(Phys.org) — Des chercheurs de l'Université de Californie, Le Bourns College of Engineering de Riverside a créé une batterie lithium-ion qui surpasse de trois fois la norme actuelle de l'industrie. Le matériau clé :le sable. Oui, sable.

"C'est le Saint Graal - un prix modique, non toxique, manière écologique de produire des anodes de batterie lithium-ion haute performance, " a déclaré Zachary Favors, un étudiant diplômé travaillant avec Cengiz et Mihri Ozkan, tous deux professeurs d'ingénierie à UC Riverside.

L'idée est venue à Favors il y a six mois. Il se détendait sur la plage après avoir surfé à San Clemente, Californie quand il a ramassé du sable, je l'ai examiné de près et j'ai vu qu'il était principalement composé de quartz, ou du dioxyde de silicium.

Ses recherches sont centrées sur la construction de meilleures batteries lithium-ion, principalement pour l'électronique personnelle et les véhicules électriques. Il se concentre sur l'anode, ou côté négatif de la batterie. Le graphite est le matériau standard actuel pour l'anode, mais à mesure que l'électronique est devenue plus puissante, la capacité d'amélioration du graphite a été pratiquement réduite.

Les chercheurs se concentrent désormais sur l'utilisation du silicium à l'échelle nanométrique, ou des milliardièmes de mètre, niveau en remplacement du graphite. Le problème avec le silicium nanométrique est qu'il se dégrade rapidement et qu'il est difficile à produire en grande quantité.

Les faveurs visaient à résoudre ces deux problèmes. Il a fait des recherches sur le sable pour trouver un endroit aux États-Unis où il se trouve avec un pourcentage élevé de quartz. Cela l'a conduit au réservoir de Cedar Creek, à l'est de Dallas, où il a grandi.

Du sable à la main, il est revenu au laboratoire de l'UC Riverside et l'a réduit à l'échelle nanométrique, suivi d'une série d'étapes de purification changeant sa couleur du brun au blanc brillant, similaire en couleur et en texture au sucre en poudre.

Après ça, il a moulu du sel et du magnésium, les deux éléments très communs trouvés dissous dans l'eau de mer dans le quartz purifié. La poudre résultante a ensuite été chauffée. Avec le sel agissant comme un absorbeur de chaleur, le magnésium a travaillé pour éliminer l'oxygène du quartz, résultant en silicium pur.

L'équipe d'Ozkan était satisfaite de la façon dont le processus s'est déroulé. Et ils ont également rencontré une surprise positive supplémentaire. Le nano-silicium pur formé dans une consistance d'éponge de silicium 3-D très poreuse. Cette porosité s'est avérée être la clé pour améliorer les performances des batteries construites avec le nano-silicium.

L'amélioration des performances pourrait signifier l'extension de la durée de vie attendue des batteries de véhicules électriques à base de silicium jusqu'à 3 fois ou plus, ce qui serait important pour les consommateurs, considérant que les batteries de remplacement coûtent des milliers de dollars. Pour téléphones portables ou tablettes, cela pourrait signifier devoir recharger tous les trois jours, au lieu de tous les jours.

Les résultats viennent d'être publiés dans un article, "Synthèse évolutive de nano-silicium à partir de sable de plage pour des batteries Li-ion à longue durée de vie, " dans la revue Nature Rapports scientifiques . En plus des Faveurs et des Ozkan, les auteurs étaient :Wei Wang, Baie Hamed Hosseini, Zafer Mutlu, Kazi Ahmed et Chueh Liu. Tous les cinq sont des étudiants diplômés travaillant dans les laboratoires d'Ozkan.

Maintenant, l'équipe d'Ozkan essaie de produire de plus grandes quantités de sable de plage nano-silicium et envisage de passer des piles de la taille des pièces de monnaie aux piles de la taille des poches utilisées dans les téléphones portables.