Des fibres de carbone issues d'une source durable, une sorte de champignon sauvage, et modifiées avec des nanoparticules se sont avérées plus performantes que les électrodes en graphite conventionnelles pour les batteries lithium-ion.

Des chercheurs de l'Université Purdue ont créé des électrodes à partir d'une espèce de champignon sauvage appelée Tyromyces fissilis.

« Les batteries lithium-ion de pointe actuelles doivent être améliorées à la fois en termes de densité énergétique et de puissance de sortie afin de répondre à la future demande de stockage d'énergie dans les véhicules électriques et les technologies de stockage d'énergie du réseau, " dit Vilas Pol, professeur agrégé à l'École de génie chimique et à l'École de génie des matériaux. "Il y a donc un besoin urgent de développer de nouveaux matériaux d'anode avec des performances supérieures."

Les batteries ont deux électrodes, appelé anode et cathode. Les anodes de la plupart des batteries lithium-ion actuelles sont en graphite. Les ions lithium sont contenus dans un liquide appelé électrolyte, et ces ions sont stockés dans l'anode lors de la recharge.

Pol et le doctorant Jialiang Tang ont découvert que les fibres de carbone dérivées de Tyromyces fissilis et modifiées en attachant des nanoparticules d'oxyde de cobalt surpassent le graphite conventionnel dans les anodes. La conception hybride a un résultat synergique, dit Pol.

"Les fibres de carbone et les particules d'oxyde de cobalt sont électrochimiquement actives, donc votre nombre de capacité augmente car ils participent tous les deux, " il a dit.

Les anodes hybrides ont une capacité stable de 530 milliampères heures par gramme, qui est une fois et demie supérieure à la capacité du graphite.

Les résultats sont détaillés dans un article publié en ligne le 17 mars dans l'American Chemical Society's Chimie et ingénierie durables journal.

Une approche pour améliorer les performances de la batterie consiste à modifier les fibres de carbone en attachant certains métaux, alliages ou oxydes métalliques qui permettent un stockage accru du lithium lors de la recharge. Tang a eu l'idée d'exploiter les champignons pour les matières premières tout en recherchant des sources alternatives pour les fibres de carbone.

« Les méthodes actuellement utilisées pour produire des fibres de carbone pour les batteries sont souvent lourdes et coûteuses en produits chimiques, " dit Tang.

Il a remarqué un champignon poussant sur une souche de bois en décomposition dans son jardin et a décidé d'étudier son potentiel en tant que source de fibres de carbone.

« J'étais curieux de connaître la structure, alors je l'ai ouverte et j'ai découvert qu'elle avait des propriétés très intéressantes, " il a dit. " C'est très caoutchouteux et pourtant très dur en même temps. Le plus intéressant, quand je l'ai coupé, il a une structure de réseau très fibreuse."

Des comparaisons avec d'autres champignons ont montré que le Tyromyces fissilis était particulièrement abondant en fibres. Les fibres sont traitées à haute température dans une chambre contenant du gaz argon en utilisant une procédure appelée pyrolyse, produisant du carbone pur dans la forme originale des fibres du champignon.

Les fibres ont un arrangement désordonné et s'entrelacent comme des nouilles spaghetti.

"Ils forment un réseau conducteur interconnecté, " dit Pol.

Le réseau interconnecté apporte un transport d'électrons plus rapide, ce qui pourrait entraîner une charge plus rapide de la batterie.

Des études en microscopie électronique ont été réalisées au Birck Nanotechnology Center dans le Discovery Park de Purdue.