Les chercheurs ont présenté un nouveau matériau d'électrode pour un dispositif de stockage d'énergie avancé qui est directement chargé en oxygène de l'air. L'équipe du professeur Jeung Ku Kang a synthétisé et préservé les particules sub-nanométriques de tailles d'agrégats atomiques à des charges massiques élevées dans des structures métallo-organiques (MOF) en contrôlant le comportement des réactifs au niveau moléculaire. Cette nouvelle stratégie garantit des performances élevées pour les batteries lithium-oxygène, acclamé comme une technologie de stockage d'énergie de nouvelle génération et largement utilisé dans les véhicules électriques.

Les batteries lithium-oxygène peuvent en principe générer des densités d'énergie dix fois plus élevées que les batteries lithium-ion conventionnelles, mais ils souffrent d'une très mauvaise cyclabilité. L'une des méthodes pour améliorer la stabilité du cycle consiste à réduire la surtension des électrocatalyseurs dans les électrodes cathodiques. Lorsque la taille d'un matériau électrocatalyseur est réduite au niveau atomique, l'énergie de surface accrue conduit à une activité accrue tout en accélérant considérablement l'agglomération du matériau.

Comme solution à ce défi, Le professeur Kang du Département de science et génie des matériaux visait à maintenir l'activité améliorée en stabilisant des électrocatalyseurs de taille atomique dans les espaces sub-nanométriques. Il s'agit d'une nouvelle stratégie pour produire et stabiliser simultanément des électrocatalyseurs de niveau atomique dans des structures métal-organiques (MOF).

Les structures métal-organiques assemblent en continu des ions métalliques et des lieurs organiques.

L'équipe a contrôlé les affinités d'hydrogène entre les molécules d'eau pour les séparer et transférer les molécules d'eau isolées une par une à travers les pores sub-nanométriques des MOF. Les molécules d'eau transférées ont réagi avec les ions cobalt pour former de l'hydroxyde de cobalt dinucléaire dans des conditions de synthèse contrôlées avec précision, puis l'hydroxyde de cobalt au niveau atomique est stabilisé à l'intérieur des pores sub-nanométriques.

L'hydroxyde de cobalt dinucléaire qui est stabilisé dans les pores sub-nanométriques des charpentes métallo-organiques (MOF) a réduit le surpotentiel de 63,9% et a montré des améliorations de dix fois dans le cycle de vie.

Le professeur Kang a dit, « La génération et la stabilisation simultanées d'électrocatalyseurs de niveau atomique au sein des MOF peuvent diversifier les matériaux en fonction de nombreuses combinaisons de liants métalliques et organiques. Cela peut étendre non seulement le développement d'électrocatalyseurs, mais aussi divers domaines de recherche tels que les photocatalyseurs, Médicament, l'environnement, et pétrochimiques."

Cette étude a été rapportée dans Sciences avancées , intitulé "Production et stabilisation autogènes de particules sub-nanométriques hautement chargées dans des cadres métalliques-organiques creux multicouches et leur utilisation pour des performances élevées en Li-O 2 Piles."