Le développement rapide des ressources énergétiques renouvelables a déclenché d'énormes demandes en systèmes de stockage d'énergie stationnaires économiques et à haute densité d'énergie.

Les batteries lithium-ion (LIB) présentent de nombreux avantages mais il existe des éléments métalliques beaucoup plus abondants tels que le sodium, potassium, zinc et aluminium.

Ces éléments ont des chimies similaires au lithium et ont récemment été largement étudiés, y compris les batteries sodium-ion (SIB), les batteries potassium-ion (PIB), les batteries zinc-ion (ZIB), et les batteries aluminium-ion (AIB). Malgré des aspects prometteurs liés au potentiel redox et à la densité d'énergie, le développement de ces au-delà des BLI a été entravé par le manque de matériaux d'électrode appropriés.

Nouvelle recherche dirigée par le professeur Guoxiu Wang de l'Université de technologie de Sydney, et publié dans Communication Nature , décrit une stratégie utilisant l'ingénierie des contraintes d'interface dans un nanomatériau de graphène 2D pour produire un nouveau type de cathode. L'ingénierie des contraintes est le processus d'ajustement des propriétés d'un matériau en modifiant ses attributs mécaniques ou structurels.

« Au-delà des batteries lithium-ion sont des candidats prometteurs pour la haute densité énergétique, applications de stockage d'énergie à faible coût et à grande échelle. Cependant, le principal défi réside dans le développement de matériaux d'électrodes appropriés, " " Professeur Wang, Directeur du Centre UTS pour les technologies de l'énergie propre, mentionné.

"Cette recherche démontre un nouveau type de cathodes à déformation nulle pour l'intercalation réversible d'ions au-delà de Li+ (Na ⁺ , K ⁺ , Zn 2 +, Al 3 ⁺ ) par ingénierie des contraintes d'interface d'une hétérostructure multicouche 2-D VOPO4-graphène.

Lorsqu'il est appliqué comme cathodes dans les batteries K+-ion, nous avons atteint une capacité spécifique élevée de 160 mA h g ^-1 et une grande densité d'énergie de ~570 W h kg ^-1 , présentant les meilleures performances signalées à ce jour. De plus, l'hétérostructure multicouche 2-D telle que préparée peut également être étendue en tant que cathodes pour Na haute performance ⁺ , Zn 2 ⁺ , et Al 3 ⁺ -batteries ioniques.

Les chercheurs affirment que ce travail annonce une stratégie prometteuse pour utiliser l'ingénierie des contraintes de matériaux 2-D pour des applications avancées de stockage d'énergie.

"La stratégie d'ingénierie des contraintes pourrait être étendue à de nombreux autres nanomatériaux pour une conception rationnelle de matériaux d'électrodes vers des applications de stockage à haute énergie au-delà de la chimie lithium-ion, " a déclaré le professeur Wang.