Technologie de batterie lithium-ion améliorée avec des nanofeuilles

Les chercheurs sont permettant une charge rapide et prolongeant la durée de vie de la batterie de technologie de batterie lithium-ion en utilisant des nanofeuilles de diborure de titane comme matériau d’anode.

Alors que la révolution des véhicules électriques (VE) prend forme, les efforts de recherche et de développement de la technologie des batteries lithium-ion progressent pour garantir que ces véhicules puissent être alimentés. Pour assurer le développement de cette technologie de batterie, la recherche doit se concentrer sur l’extension et l’expansion de la technologie de charge-décharge rapide et de la durée de vie de la batterie – les deux principales faiblesses des batteries lithium-ion.

Quelques facteurs peuvent aider à surmonter ces problèmes et à obtenir une charge rapide et une durée de vie ultra longue, par exemple, la diffusion des ions lithium, les caractéristiques de l’interface électrode-électrolyte et la porosité de l’électrode.

Ces dernières années, une autre solution et un matériau d’anode potentiel ont émergé pour les batteries lithium-ion – Nanomatériaux 2D. Ces matériaux sont des structures de type feuille mince qui ont une épaisseur de quelques nanomètres, possédant un rapport d’aspect élevé et une haute densité de sites actifs. Cela permet une charge rapide et des performances de cyclisme supérieures.

Les nanomatériaux 2D à base de diborures de métaux de transition (ou TMD) intéressent particulièrement les chercheurs, car les TMD ont un taux élevé et une longue stabilité de cycle pour le stockage lithium-ion. Cela est dû à leurs plans en nid d’abeilles d’atomes de bore et de métaux de transition multivalents.

Pour cette raison, un groupe de scientifiques, dirigé par le professeur Noriyoshi Matsumi du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) et le professeur Kabeer Jasuja de l’Indian Institute of Technology (IIT) Gandhinagar, analyse plus avant le potentiel des TMD pour l’énergie. stockage. L’équipe a récemment mené la première étude expérimentale sur le potentiel de stockage des nanofeuilles hiérarchiques (THNS) à base de diborure de titane (TiB2) en tant que matériau d’anode pour les batteries lithium-ion.

L’étude, intitulée ‘Nanofeuilles hiérarchiques à base de diborure de titane comme matériau d’anode pour les batteries Li-Ion,’ a été publié dans Nanomatériaux appliqués par ACS.

Construire le THNS pour le développement de batteries lithium-ion

Les chercheurs ont développé le THNS en oxydant la poudre de TiB2 avec du peroxyde d’hydrogène, puis en centrifugeant et en lyophilisant la solution.

Le professeur Jasuja a expliqué que leur méthode de développement est révolutionnaire, déclarant : « Ce qui distingue notre travail, c’est l’évolutivité de la méthode développée pour synthétiser ces nanofeuilles de TiB2. Pour qu’un nanomatériau se traduise en une technologie tangible, l’évolutivité est le facteur limitant.

« Notre méthode de synthèse ne nécessite qu’une agitation et aucun équipement sophistiqué. Ceci est dû au comportement de dissolution et de recristallisation présenté par TiB2, une découverte fortuite qui fait de ce travail un pont prometteur du laboratoire au terrain.

L’équipe a ensuite construit une demi-cellule Li-ion anodique en utilisant le THNS comme matériau d’anode active. Les caractéristiques de stockage de charge des anodes à base de THNS ont ensuite été étudiées.

Étudier la nouvelle anode à base de THNS de l’équipe

Il a été constaté que l’anode à base de THNS présentait une capacité de décharge élevée de 380 mAh/g avec une densité de courant de seulement 0,025 A/g. Il était possible d’atteindre une capacité de décharge de 174 mAh/g pour une densité de courant élevée de 1 A/g, avec un temps de charge de dix minutes et une rétention de capacité de 89,7 % après 1 000 cycles.

L’équipe a découvert que l’anode Li-ion à base de THNS pouvait supporter des taux de courant très élevés, de l’ordre de 15 à 20 A/g, permettant une charge ultrarapide en environ neuf à 14 secondes. Après 10 000 cycles sous le régime de courant élevé, une rétention de capacité supérieure à 80 % a été observée.

Nanosheets 2D TiB2 : L’avenir de la batterie lithium-ion

Les résultats de l’étude mettent en évidence le potentiel des nanofeuilles de TiB2 2D pour faciliter une charge rapide et prolonger la durée de vie de la batterie lithium-ion. L’équipe a également découvert qu’il existe un avantage avec les matériaux en vrac nanométriques, comme le TiB2, pour atteindre des propriétés prometteuses, y compris le stockage de charge pseudo-capacitif, une excellente capacité à haut débit et une cyclabilité supérieure.

Le professeur Matsumi a décrit les effets potentiels à long terme de leurs recherches, expliquant : « Une telle technologie de recharge rapide peut accélérer la diffusion des véhicules électriques et réduire considérablement les temps d’attente pour recharger divers appareils électroniques mobiles. Nous espérons que nos découvertes pourront stimuler davantage de recherches dans ce domaine, ce qui peut éventuellement conduire à la commodité des utilisateurs de véhicules électriques, à une moindre pollution de l’air dans les villes et à une vie mobile moins stressante afin d’améliorer la productivité de notre société.