Le matériau de l’anode hybride fait progresser la technologie de batterie au lithium-ion

Les batteries au lithium-ion sont la technologie dominante de stockage d’énergie alimentant tout, de l’électronique portable aux véhicules électriques et aux systèmes d’énergie renouvelable. Cependant, la demande de densité énergétique plus élevée, de charge plus rapide et de durée de vie plus longue nécessite une innovation continue.

Des chercheurs, dirigés par le professeur Jae-Min OH de l’Université de Dongguk, en collaboration avec Seung-Min Paek de l’Université nationale de Kyungpook, relèvent ces défis par des matériaux d’ingénierie à l’échelle nanométrique. Leur travail, publié dans le Journal de génie chimique Le 15 janvier 2025, se concentre sur un nouveau matériau hybride conçu pour maximiser les effets synergiques de ses composants.

Ce composite innovant est une hétérostructure hiérarchique qui combine réduite oxyde de graphène (RGO) avec des hydroxydes doubles en nickel-fermer (Nife-LDH). Ce composite unique exploite les propriétés de ses composants: RGO fournit un réseau conducteur pour le transport d’électrons, et les composants nickel-iron-oxyde permettent une charge rapide stockage à travers un mécanisme pseudocapacitif. La clé de cela design innovant est l’abondance des joints de grains, ce qui facilite le stockage efficace des charges.

Pour atteindre le composite final, les chercheurs ont utilisé une technique d’auto-assemblage couche par couche utilisant des modèles de billes en polystyrène (PS). Premièrement, les perles PS ont été recouvertes de précurseurs GO et Nife-LDH. Les modèles ont ensuite été retirés, laissant derrière lui une architecture de sphère creuse.

Suite à cela, un traitement thermique contrôlé a induit une transformation de phase dans le NIFE-LDH, conduisant à la formation d’oxyde nickel-fer nanocristallin (Nife₂o₄) et d’oxyde de nickel amorphe (A-niO), tout en réduisant simultanément le RGO. Cette synthèse a abouti à un composite hybride bien intégré (RGO / NIFE₂O₄ / A-NIO), avec une conductivité améliorée, ce qui en fait un matériau d’anode efficace pour batteries au lithium-ion. Cette structure creuse empêche le contact direct entre les nanoparticules A-Nio / Nife₂o₄ et l’électrolyte, améliorant la stabilité.

Techniques de caractérisation avancées, telles que la diffraction des rayons X et microscopie électronique à transmissionont ensuite été utilisés pour confirmer la formation du composite. Les tests électrochimiques ont révélé les performances exceptionnelles du matériau en tant qu’anode de batterie au lithium-ion.

L’anode a démontré une capacité spécifique élevée de 1687,6 ma Hg⁻¹ à un densité actuelle de 100 mA g⁻¹ Après 580 cycles, dépassant les matériaux conventionnels et mettant en évidence son excellente stabilité du cyclisme. En outre, le matériau présentait des performances de taux de bon taux, en maintenant une capacité élevée, même à des taux de charge / décharge significativement augmentés.

Le professeur Seung-Min Paek a souligné la nature collaborative de la recherche: « Cette percée a été rendue possible grâce à une coopération étroite entre des experts dans divers matériaux. En combinant nos forces, nous avons pu concevoir et optimiser ce système hybride plus efficacement. »

Le professeur Jae-Min OH a ajouté: « Nous prévoyons que, dans un avenir proche, les matériaux de stockage d’énergie va au-delà de l’amélioration des composants individuels. Au lieu de cela, ils impliqueront plusieurs matériaux en interaction qui créent une synergie, ce qui entraînera des dispositifs d’énergie plus efficaces et plus fiables. Cette recherche offre une voie à un stockage d’énergie plus petit, plus léger et plus efficace pour les dispositifs électroniques de nouvelle génération. » « 

Ce développement cible considérablement les batteries améliorées (durée de vie plus longue, une charge plus rapide, plus légère) dans les 5 à 10 ans, bénéficiant aux utilisateurs de l’appareil et aux initiatives énergétiques durables.

Fourni par l’Université de Dongguk