Les champignons portabella peuvent-ils empêcher les batteries de téléphones portables de se dégrader avec le temps ? Des chercheurs de l'Université de Californie, C'est ce que pense le Riverside Bourns College of Engineering.

Ils ont créé un nouveau type d'anode de batterie lithium-ion utilisant des champignons portabella, qui sont bon marché, respectueux de l'environnement et facile à produire. La norme actuelle de l'industrie pour les anodes de batterie lithium-ion rechargeable est le graphite synthétique, ce qui s'accompagne d'un coût de fabrication élevé car il nécessite des procédés de purification et de préparation fastidieux qui sont également nocifs pour l'environnement.

Avec l'augmentation anticipée des batteries nécessaires pour les véhicules électriques et électroniques, une source moins chère et durable pour remplacer le graphite est nécessaire. Utilisation de la biomasse, un matériel biologique d'organismes vivants ou récemment vivants, en remplacement du graphite, a récemment attiré l'attention en raison de sa teneur élevée en carbone, faible coût et respect de l'environnement.

Les ingénieurs de l'UC Riverside ont été attirés par l'utilisation des champignons comme forme de biomasse, car des recherches antérieures ont établi qu'ils sont très poreux, ce qui signifie qu'ils ont beaucoup de petits espaces pour le passage du liquide ou de l'air. Cette porosité est importante pour les batteries car elle crée plus d'espace pour le stockage et le transfert d'énergie, un élément essentiel pour améliorer les performances de la batterie.

En outre, la concentration élevée de sel de potassium dans les champignons permet une augmentation de la matière électrolytique au fil du temps en activant plus de pores, augmentant progressivement sa capacité.

Une anode conventionnelle permet au lithium d'accéder pleinement à la majeure partie du matériau pendant les premiers cycles et la capacité s'estompe à partir de ce moment-là. La technologie de l'anode en carbone champignon pourrait, avec optimisation, remplacer les anodes en graphite. Il fournit également une approche sans liant et sans collecteur de courant pour la fabrication d'anodes.

"Avec des matériaux de batterie comme celui-ci, les futurs téléphones portables peuvent voir une augmentation du temps d'exécution après de nombreuses utilisations, plutôt qu'une diminution, en raison de l'activation apparente des pores borgnes dans les architectures de carbone lorsque la cellule se charge et se décharge au fil du temps, " a déclaré Brennan Campbell, un étudiant diplômé du programme de science et génie des matériaux à l'UC Riverside.

Les résultats de la recherche ont été présentés dans un document, "Bio-Dérivé, Sans liant, Anodes de carbone à porosité hiérarchique pour batteries Li-ion, " publié aujourd'hui (29 septembre) dans la revue Rapports scientifiques . Il a été rédigé par Cengiz Ozkan et Mihri Ozkan, tous deux professeurs au Bourns College of Engineering, et trois de leurs étudiants diplômés actuels ou anciens :Campbell, Robert Ionescu et Zachary Favors.

Les architectures nanocarbonées dérivées de matériaux biologiques tels que les champignons peuvent être considérées comme une alternative verte et durable aux anodes à base de graphite, dit Cengiz Ozkan, professeur de génie mécanique et de science et génie des matériaux.

Les architectures de type nano-ruban se transforment lors du traitement thermique en une architecture de réseau poreux interconnecté qui est importante pour les électrodes de batterie car de telles architectures possèdent une très grande surface pour le stockage d'énergie, un élément essentiel pour améliorer les performances de la batterie.

L'un des problèmes avec les charbons conventionnels, comme le graphite, est qu'ils sont généralement préparés avec des produits chimiques tels que des acides et activés par des bases qui ne sont pas respectueuses de l'environnement, dit Mihri Ozkan, professeur de génie électrique et informatique. Par conséquent, l'équipe UC Riverside se concentre sur les carbones d'origine naturelle, comme la peau des chapeaux des champignons portabella, pour fabriquer des piles.

Il est prévu que près de 900, 000 tonnes de graphite brut naturel seraient nécessaires pour la fabrication d'anodes pour près de six millions de véhicules électriques qui devraient être construits d'ici 2020. Cela nécessite que le graphite soit traité avec des produits chimiques agressifs, y compris les acides fluorhydrique et sulfurique, un processus qui crée de grandes quantités de déchets dangereux. L'Union européenne prévoit que ce processus ne sera pas viable à l'avenir.

La recherche de l'Ozkan est soutenue par l'Université de Californie, Bord de rivière.

Cet article sur les champignons est publié un peu plus d'un an après que les laboratoires d'Ozkan aient développé une anode de batterie lithium-ion à base de nanosilicium via le sable de plage comme matière première naturelle. L'équipe d'Ozkan travaille actuellement au développement de prototypes de batteries à poche à base d'anodes en nanosilicium.

Le Bureau de la commercialisation de la technologie UCR a déposé des brevets pour les inventions ci-dessus.