(Phys.org) —Le graphène s'est déjà avéré utile dans les batteries Li-ion, malgré le fait que le graphène utilisé contient souvent des défauts. Fabrication à grande échelle de graphène chimiquement pur, structurellement uniforme, et la taille ajustable pour les applications de batterie est jusqu'à présent restée insaisissable. Maintenant dans une nouvelle étude, les scientifiques ont développé une méthode pour fabriquer du graphène sans défaut (df-G) sans aucune trace de dommages structurels. Enrouler une grande feuille de df-G chargée négativement autour d'un Co chargé positivement 3 O 4 crée une anode très prometteuse pour les batteries Li-ion hautes performances.

Les groupes de recherche du professeur Junk-Ki Park et du professeur Hee-Tak Kim du Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) et le groupe de recherche du professeur Yong-Min Lee de l'Université nationale de Hanbat, tout à Daejeon, Corée du Sud, ont publié leur article sur la nouvelle méthode de fabrication dans un récent numéro de Lettres nano .

Comme l'expliquent les chercheurs, Les méthodes actuelles de fabrication de graphène de haute qualité se répartissent en deux catégories :les approches mécaniques et les approches chimiques. Alors que le clivage mécanique fournit du graphène de haute qualité, son faible rendement le rend insuffisant pour une production à grande échelle. Approches chimiques, d'autre part, peut produire des quantités en vrac mais peut impliquer des imperfections.

La nouvelle méthode diffère de ces deux types de méthodes et comporte quelques étapes clés. Les chercheurs ont d'abord rempli un tube en Pyrex de poudre de graphite, puis placé le tube à extrémité ouverte à l'intérieur d'un tube légèrement plus grand. Ensuite, ils ont ajouté du potassium à l'espace inférieur entre les deux tubes, scellé les tubes, et les a chauffés. La chaleur provoque le déplacement du potassium fondu à l'intérieur des micropores entre les poudres de graphite, de sorte que les molécules de potassium s'intercalent dans les intercalaires de graphite. Les composés de graphite de potassium résultants ont ensuite été placés dans une solution de pyridine, ce qui provoque l'expansion des couches les unes des autres pour former des nanofeuillets de graphène qui pourraient ensuite être refroidis et exfoliés une couche à la fois.

Les chercheurs ont réalisé de nombreuses séries d'expériences dans lesquelles ils ont fait varier des facteurs tels que les températures et le type de solution, qui sont essentiels pour contrôler la qualité et la taille du df-G. Ils ont trouvé que, en contrôlant la température de l'étape d'exfoliation, la taille du df-G peut varier entre 0,25 et 14,0 µm ² .

Les chercheurs ont démontré que l'enroulement d'une grande feuille de df-G chargée négativement autour d'un morceau de Co chargé positivement 3 O 4 crée une anode avec plusieurs caractéristiques impressionnantes. Le plus important est sa capacité élevée après de nombreux cycles (1050 mAh/g à 500 mA/g et 900 mAh/g à 1000 mAh/g même après 200 cycles). Au meilleur de la connaissance des chercheurs, cette capacité réversible est la plus élevée parmi tous les Co 3 O 4 électrodes jamais signalées.

Les chercheurs expliquent que le df-G de grande taille, avec sa parfaite cristallinité, améliore les performances de l'anode car lorsqu'une seule feuille de graphène est enroulée autour d'un paquet de Co 3 O 4 particules, la Co 3 O 4 on empêche les particules de se pulvériser puis de se détacher électriquement de l'anode, qui se produirait autrement. En raison de cet effet protecteur, la capacité de l'anode est conservée même après 200 cycles, tandis que les anodes avec une couche de graphène imparfaite diminuent rapidement avec le cyclage. La grande taille du graphène joue un rôle clé dans les performances car une taille plus grande offre une stabilité de cyclage plus élevée des matériaux d'anode de taille nanométrique en améliorant leur intégrité mécanique.

Avec ces avantages, les chercheurs s'attendent à ce que le df-G apporte des avancées significatives en matière d'électrodes composites pour une variété de systèmes électrochimiques, y compris les piles, réservoirs de carburant, et condensateurs.

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