Cette illustration schématique montre des oxydes métalliques sous tente à l'intérieur du graphène. De nombreux composites oxyde métallique/graphène offrent une synergie de capacité inattendue qui contribue à augmenter la capacité de stockage. Crédit :Ryan Chen/LLNL.
Les scientifiques des matériaux du Lawrence Livermore National Laboratory ont découvert que certains oxydes métalliques augmentent la capacité et améliorent les performances de cyclage des batteries lithium-ion.
L'équipe a synthétisé et comparé les performances électrochimiques de trois nanocomposites d'oxyde métallique de graphène et a découvert que deux d'entre eux amélioraient considérablement la capacité de stockage réversible du lithium.
La recherche apparaît sur la couverture de l'édition du 21 mars du Journal de la chimie des matériaux A .
Les nanocomposites graphène-oxyde métallique (OGM) sont devenus réputés pour leur potentiel de stockage et de conversion d'énergie, y compris les condensateurs, batteries lithium-ion, catalyse (pour les piles à combustible, séparation de l'eau et épuration de l'air) et des capteurs.
Pour les applications dans les batteries lithium-ion, les particules d'oxyde métallique (MO) nanométriques et le graphène hautement conducteur sont considérés comme bénéfiques pour raccourcir les voies de diffusion du lithium et réduire la polarisation dans l'électrode, conduisant à des performances améliorées.
Dans les expériences, l'équipe a plongé des électrodes d'aérogel de graphène préfabriquées dans des solutions d'ions métalliques où toutes les nanoparticules d'oxyde métallique semblent être ancrées à la surface du graphène et sont entièrement accessibles à l'électrolyte (c'est-à-dire, espace poreux ouvert).
« En substance, notre approche permet d'optimiser les performances au niveau du système en garantissant que la plupart des oxydes métalliques sont actifs, ", a déclaré Morris Wang, scientifique des matériaux de LLNL et auteur correspondant de l'article.
La méthode peut déposer la plupart des types de MO sur la même structure de graphène 3D préfabriquée, permettant une comparaison directe des performances électrochimiques d'un large éventail d'OGM.
« Nous avons constaté que les expériences montraient de grandes capacités de stockage réversibles du lithium des feuilles de graphène, permis par les rôles méconnus des oxydes métalliques, ", a déclaré Wang. "Étonnamment, nous avons vu que l'ampleur des contributions de capacité du graphène est principalement déterminée par les matériaux actifs et le type de MO lié à la surface du graphène."
Spécifiquement, les mécanismes de stockage du lithium des MO et leur rapport de charge par rapport au graphène jouent un rôle clé dans la détermination des contributions à la capacité du graphène.
