De nouvelles recherches en ingénierie des matériaux dirigées par Western pourraient se traduire par des avantages significatifs dans le monde réel, comme une plus grande autonomie pour les véhicules électriques et une plus longue durée de vie de la batterie pour les téléphones portables.

Chercheurs de Western Engineering, Le département de chimie de Western et le Soochow University-Western University Center for Synchrotron Radiation Research ont collaboré avec la Canadian Light Source (CLS) de l'Université de la Saskatchewan sur une paire d'études visant à déterminer s'ils pouvaient exploiter la puissance du phosphorène tout en atténuant ses deux principaux moyens de dissuasion. —le coût et la durabilité—et ils l'ont fait.

La capacité théorique du phosphorène, un matériau bidimensionnel, qui se compose d'une seule couche de phosphore noir - est près de sept fois celle des matériaux d'anode actuellement utilisés dans les batteries lithium-ion. Actuellement, le phosphore noir disponible dans le commerce est coûteux, à environ 1 $, 000 par gramme et il se décompose également rapidement lorsqu'il est exposé à l'air.

Dans le premier article, l'équipe de recherche a appliqué un nouveau procédé pour produire un phosphore noir à faible coût à partir d'un prix abordable (environ 0,10 $/gramme), phosphore rouge de faible pureté, réduisant le coût de près de 300 %. Le phosphore noir résultant avait presque la même pureté et les mêmes propriétés électroniques que celui fabriqué à l'aide de méthodes traditionnelles et de phosphore rouge de haute pureté, qui vaut environ 40 $/gramme.

La réduction drastique du coût de fabrication du phosphore noir signifie que leurs résultats sont évolutifs, selon le chercheur principal Weihan Li de Western.

"Le prix bas permet de réaliser l'application future à grande échelle du phosphore noir et du phosphorène dans les domaines liés à l'énergie et à l'électronique, comme la nano-photonique, nanoélectronique, optoélectronique, batteries secondaires, et électrocatalyseurs, " dit Li, un stagiaire postdoctoral co-encadré par le professeur de chimie T.K. Faux, Chaire de recherche du Canada sur les matériaux et le rayonnement synchrotron et professeur de génie Xueliang (Andy) Sun, Chaire de recherche du Canada en développement de nanomatériaux pour l'énergie propre.

Avec la deuxième étude, les chercheurs voulaient mieux comprendre, à l'échelle nanométrique et en temps réel, où la dégradation (oxydation) commence sur le phosphorène, et comment il se propage. Alors que des recherches antérieures ont démontré que la dégradation se produit effectivement, cette étude a été la première à visualiser clairement le processus en détail. L'équipe a utilisé un certain nombre de techniques synchrotron différentes au CLS pour collecter ces images. Les chercheurs ont découvert que le phosphorène commence à se décomposer dans les régions les plus minces en premier, et que les régions dégradées accélèrent la décomposition des régions adjacentes.

Selon Li, leur découverte ouvre la voie à l'élaboration de stratégies pour protéger le phosphorène lorsqu'il est utilisé dans l'électronique et d'autres appareils.

« Il permet de préparer des appareils électroniques à base de phosphorène stables à l'air et des appareils liés à l'énergie, " dit Li.

Sun attribue au CLS le rôle essentiel joué dans les deux études.

"Par rapport à d'autres ressources dans le monde, le support utilisateur du CLS est fantastique, " dit Sun. " Sans l'aide du CLS, nous n'aurions pas pu combiner plusieurs techniques synchrotron différentes dans les deux travaux. De plus, la réalisation des études in situ n'aurait pas été possible sans l'aide des scientifiques de la ligne de lumière."