(Phys.org) — Il a été démontré qu'une nouvelle conception d'électrode pour les batteries lithium-ion réduit potentiellement le temps de charge de quelques heures à quelques minutes en remplaçant l'électrode en graphite conventionnelle par un réseau de nanoparticules d'oxyde d'étain.

Les batteries ont deux électrodes, appelé anode et cathode. Les anodes de la plupart des batteries lithium-ion actuelles sont en graphite.

La capacité de stockage maximale théorique du graphite est très limitée, à 372 milliampères-heures par gramme, entraver les avancées significatives de la technologie des batteries, dit Vilas Pol, professeur agrégé de génie chimique à l'Université Purdue.

Les chercheurs ont réalisé des expériences avec une anode à base d'oxyde d'étain « interconnectée poreuse », qui a presque deux fois la capacité de charge théorique du graphite. Les chercheurs ont démontré que l'anode expérimentale peut être chargée en 30 minutes tout en ayant une capacité de 430 milliampères-heures par gramme (mAh g-1), qui est supérieure à la capacité maximale théorique du graphite lorsqu'il est chargé lentement sur 10 heures.

L'anode est constituée d'un "réseau ordonné" de nanoparticules d'oxyde d'étain interconnectées qui seraient pratiques pour une fabrication commerciale car elles sont synthétisées en ajoutant le précurseur d'alcoxyde d'étain dans de l'eau bouillante suivi d'un traitement thermique, dit Pol.

"Nous n'utilisons aucune chimie sophistiquée ici, " Pol a dit. "C'est une "cuisson" rapide très simple d'un précurseur métal-organique dans de l'eau bouillante. Le composé précurseur est un alcoxyde d'étain solide - un matériau analogue aux alcoxydes de titane économiques et largement disponibles. Il deviendra certainement tout à fait abordable dans la perspective d'une application à grande échelle mentionnée par les collaborateurs Vadim G. Kessler et Gulaim A. Seisenbaeva de l'Université suédoise des sciences agricoles."

Les résultats sont détaillés dans un article publié en novembre dans la revue Matériaux énergétiques avancés .

Lorsque les nanoparticules d'oxyde d'étain sont chauffées à 400 degrés Celsius, elles "s'auto-assemblent" en un réseau contenant des pores qui permettent au matériau de se dilater et de se contracter, ou respirer, pendant le cycle de charge-décharge de la batterie.

« Ces espaces sont très importants pour cette architecture, " a déclaré Vinodkumar Etacheri, associé de recherche postdoctoral de Purdue. " Sans la taille de pores appropriée, et l'interconnexion entre des nanoparticules individuelles d'oxyde d'étain, la batterie tombe en panne."

Le document de recherche a été rédigé par Etacheri; Les chercheurs de l'Université suédoise des sciences agricoles Gulaim A. Seisenbaeva, Geoffrey Daniel et Vadim G. Kessler; James Caruthers, Gerald et Sarah Skidmore professeur de génie chimique de Purdue; Jean-Marie Nedelec, un chercheur de Clermont Université en France; et Pol.