Pour alimenter une voiture afin qu'elle puisse parcourir des centaines de kilomètres à la fois, Les batteries lithium-ion du futur devront contenir plus d'énergie sans devenir trop grandes.

C'est l'un des dilemmes auxquels sont confrontés les efforts visant à alimenter les voitures grâce aux technologies de batteries rechargeables. Afin de conserver suffisamment d'énergie pour permettre un trajet en voiture de 300 à 500 miles avant de recharger, les batteries lithium-ion actuelles deviennent trop grosses ou trop chères.

A la recherche de la batterie "post-lithium-ion", Le professeur agrégé de chimie Dunwei Wang a développé des matériaux qui pourraient un jour permettre la fabrication de nouvelles batteries capables de répondre aux demandes d'énergie dans les limites de la taille et des coûts des constructeurs automobiles et d'autres industries.

Dans un récent rapport publié dans la revue allemande Angewandt Chemie , Wang et un collègue de l'Université du Massachusetts Amherst ont dévoilé une nouvelle méthode de stabilisation du carbone - un composant structurel central de toute batterie - qui pourrait ouvrir la voie à de nouvelles normes de performance dans la recherche de composants lithium-ion.

La capacité de perdre du poids et des composants chimiques coûteux est au cœur de la recherche d'améliorations des performances. Les chercheurs à la recherche d'une batterie "lithium-air" se sont concentrés sur une réaction chimique du lithium et de l'oxygène, qui peut être tiré de l'air. Mais les matériaux utilisés pour générer cette réaction ont montré des cycles de vie médiocres, durable grâce à quelques charges.

Le coupable, dit Wang, est l'instabilité du carbone, un support structurel essentiel à l'électrode d'une batterie, un conducteur où les charges sont collectées et distribuées.

"Le carbone est utilisé dans chaque batterie parce qu'il a cette combinaison de faible coût, légèreté et conductivité, " a déclaré Wang. " Vous ne pouvez pas simplement le supprimer. "

Ainsi, Wang et Wei Fan, professeur adjoint de génie chimique à l'UMass, se sont mis au travail pour améliorer les performances d'une nouvelle forme de carbone fabriquée par Fan. C'est ce qu'on appelle le carbone mésoporeux (3DOm) tridimensionnel ordonné et les scientifiques l'apprécient pour sa structure hautement ordonnée.

Utilisant une technique appelée dépôt de couche atomique (ALD), les chercheurs ont fait pousser une fine couche d'oxyde de fer sur le carbone, une étape qui a amélioré la réactivité entre le lithium et l'oxygène et amélioré les performances sur le cycle de charge. Prochain, ils ont utilisé l'ALD pour appliquer un revêtement de nanoparticules de palladium, qui a efficacement réduit la réaction de détérioration du carbone avec l'oxygène et amélioré le cycle de décharge.

Leurs premiers tests sur le matériau ont montré une nette amélioration des performances.

"Nous avons démontré qu'une forme particulière de carbone peut être utilisée pour soutenir un nouveau type de chimie qui permet le stockage d'énergie avec la promesse d'une densité d'énergie cinq à dix fois supérieure à celle des batteries lithium-ion de pointe que nous voyons aujourd'hui. , " a déclaré Wang. " Nous voyons cela comme une amélioration significative de la cyclabilité de la batterie, qui est une question clé."

Wang a déclaré que les résultats montrent que le carbone 3DOm peut répondre aux nouvelles normes de performance lorsqu'il est stabilisé.

"L'innovation clé que nous faisons ici est que le carbone 3DOm est stable - nous avons stabilisé quelque chose qui n'était pas stable auparavant, " dit Wang.