Un hôte Li-confinable 1D avec une coque de carbone poreuse et des nanoparticules d'Au lithiophiles dans le noyau montre une réversibilité améliorée du Li à des taux élevés en raison du transport facile du Li + et de la suppression des dendrites du Li en stockant le Li à la place du noyau, révélant l'importance de la conception structurelle pour le stockage de Li. Crédit :Institut coréen de recherche en électrotechnologie
Une étude sur les batteries Li-métal par l'équipe de recherche dirigée par le Dr Byung Gon Kim du Next-Generation Battery Research Center of Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) a été publiée en couverture dans la revue internationale ACS Nano .
Alors que les batteries Li-ion actuelles génèrent de l'énergie en prenant des Li-ions dans et hors de l'anode en graphite sur la base du mécanisme d'intercalation, la batterie Li-métal ne repose pas sur ce graphite volumineux et lourd mais utilise le Li métallique lui-même comme anode. Comme le Li-métal présente une capacité théorique 10 fois plus élevée (3 860 mAh/g) que le graphite (372 mAh/g), il a régulièrement attiré l'attention des domaines qui ont besoin de batteries à haute capacité, comme les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie.
Malgré cet avantage, le Li peut se développer sous la forme d'une branche d'arbre, appelée dendrite Li, s'il n'est pas stocké de manière uniforme et efficace lors du processus de cyclage, ce qui entraîne une expansion volumique importante de l'électrode, ce qui peut à son tour raccourcir la durée de vie du cycle de la batterie. et provoquer des problèmes de sécurité tels qu'un incendie et une explosion déclenchés par des courts-circuits internes.
Pour résoudre ce problème, KERI a développé une structure de carbone poreux Li-confinable 1D avec un noyau creux, et un petit nombre de nanoparticules d'or avec une affinité Li ont été ajoutées au noyau creux. Ici, l'or contrôle la direction de croissance de Li en réagissant préférentiellement avec Li, induisant ainsi un dépôt de Li à l'intérieur du noyau. De plus, de nombreux pores de taille nanométrique sont formés dans la partie coque pour améliorer le mouvement Li-ion vers l'espace central.
Un défi majeur observé dans l'hôte Li à noyau creux existant était le dépôt de Li sur la coque en carbone conducteur, et non à l'intérieur du noyau, dans des conditions de charge à haut débit. Par conséquent, l'équipe KERI a introduit de nombreux pores de taille nanométrique dans la coque et a obtenu une efficacité coulombique considérablement améliorée sans croissance de dendrite Li, même dans des conditions de test à courant élevé de 5 mA/cm 2 .
L'équipe du Dr Kim a collaboré avec le professeur Janghyuk Moon de l'Université Chung-Ang pour la validation théorique de l'efficacité de la conception de ce matériau, et les résultats de la simulation ont montré que la longueur de diffusion des ions Li réduite par les pores de la coque et l'affinité Li améliorée par les nanoparticules d'or a maintenu le dépôt de Li à l'intérieur de la structure même dans des conditions de charge à courant élevé. De plus, l'hôte Li conçu a montré d'excellentes performances de cyclage de plus de 500 cycles sous une densité de courant élevée de 4C (rétention de capacité de 82,5 %). Il est également à noter que cette technologie rencontre l'aspect pratique car l'équipe a utilisé la technique d'électrofilage avec des avantages dans la production de masse pour la synthèse de matériaux.
"Malgré le mérite d'une capacité élevée, les batteries Li-métal ont de nombreux obstacles à surmonter pour la commercialisation, principalement en raison de problèmes de stabilité et de sécurité", a déclaré le Dr Kim. Et le Dr Kim a également déclaré :"Notre étude est inestimable dans la mesure où nous avons développé une technique de production de masse de réservoir Li-métal avec une efficacité coulombique élevée pour les batteries Li-métal à recharge rapide."
Cette étude de l'équipe de recherche KERI a été publiée en tant que document de couverture supplémentaire dans l'édition d'août de ACS Nano . Amplifier les performances de la batterie avec des lunettes noires greffées sur du silicium micron
