Les propriétés structurelles et hydrofuges distinctes des roseaux communs sont utilisées par l'homme depuis des siècles, par exemple comme matériaux de construction et pour les toits de chaume. Comment les arrangements de silice micro et nanostructurée qui sont abondamment présents dans les feuilles de roseau naturels peuvent être exploités pour produire les matériaux d'anode dans les batteries lithium-ion a récemment été exploré par des scientifiques chinois et allemands et est publié dans la revue Angewandte Chemie .
Le silicium nanoporeux est considéré par beaucoup comme le matériau d'anode de nouvelle génération dans les batteries lithium-ion, car il offre l'avantage d'une capacité théorique beaucoup plus élevée et d'une tension de fonctionnement inférieure à celles des matériaux de carbone graphitique couramment utilisés. Le grand défi, cependant, cherche une stratégie appropriée à faible coût pour utiliser un matériau de silicium nanostructuré approprié qui compenserait l'expansion volumique importante lors de l'insertion du lithium. Une approche vraiment distincte des traitements physiques ou chimiques élaborés de précurseurs de silicium coûteux a été explorée par Yan Yu et ses collègues du Max Planck Institute for Solid State Research, l'Université des sciences et technologies de Chine, et l'Université de technologie de Chine méridionale.
Les scientifiques ont imaginé que l'architecture hiérarchique de la silice déjà présente dans les feuilles des plantes à roseau commun peut facilement se transformer en l'architecture micro- et nanoporeuse de silicium requise pour les matériaux des batteries lithium-ion. "Les feuilles de roseau présentent des microstructures hiérarchiques 3D en forme de feuille bien définies, " soulignent-ils, "qui peuvent être transformés en architectures de silicium hiérarchiques hautement poreuses 3D par réduction magnésiothermique." Cette réduction magnésiothermique a également été combinée à une simple étape de revêtement de carbone pour finalement obtenir un matériau anodique présentant une capacité spécifique élevée, très bonne capacité de débit, et stabilité à vélo, tout comme il est requis dans les batteries lithium-ion avancées.
Ce qui est particulièrement intéressant ici, c'est que l'architecture topologique des silicates d'origine dans les feuilles de roseau est extraordinairement bien conservée pendant les étapes de traitement chimique et physique appliquées. Lors de la purification des feuilles de roseau sèches, la structure tridimensionnelle ne fait que rétrécir, mais conserve son réseau mésoporeux. Il ne change même pas lors de la réduction au réseau de silicium carbonisé final. Cette robustesse dans la préservation de la structure fait des plantes de roseau, qui poussent en grandes monocultures dans les zones humides des régions tempérées, particulièrement adapté comme neuf, matière première durable pour les matériaux de batterie.
