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Jun 29, 2023

Les chercheurs du KERI développent des

Une équipe de recherche de l'Institut coréen de recherche en électrotechnologie (KERI) a développé une batterie Li-métal de haute capacité avec des performances et une stabilité améliorées en utilisant un Li-confinable unidimensionnel.

Une équipe de recherche de l'Institut coréen de recherche en électrotechnologie (KERI) a développé une batterie Li-métal de haute capacité avec des performances et une stabilité améliorées en utilisant un hôte de carbone creux poreux confinable au Li unidimensionnel. L'article est publié comme article de couverture dans ACS Nano.

Alors que les batteries Li-ion actuelles génèrent de l'énergie en faisant entrer et sortir des ions Li de l'anode en graphite sur la base d'un mécanisme d'intercalation, la batterie Li-métal ne repose pas sur ce graphite encombrant et lourd mais utilise le Li métallique lui-même comme anode. Comme le Li-métal présente une capacité théorique 10 fois supérieure (3 860 mAh/g) à celle du graphite (372 mAh/g), il suscite régulièrement une grande attention dans les domaines nécessitant des batteries de grande capacité, tels que les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie.

Cependant, le lithium peut former des dendrites s'il n'est pas stocké de manière uniforme et efficace lors du processus de cyclage, ce qui entraîne une expansion importante du volume de l'électrode, ce qui peut à son tour raccourcir la durée de vie de la batterie et provoquer des problèmes de sécurité tels qu'un incendie et une explosion déclenchés par des courts-circuits internes. .

De nombreux chercheurs ont exploré les hôtes noyau-coquille confinables au Li comme solution, car ces structures peuvent atténuer la croissance des dendrites de Li et le changement de volume en réduisant la densité de courant effective et en stockant le Li à l'intérieur de l'espace central pendant des cycles consécutifs.

Cependant, ces hôtes souffrent d'une croissance indésirable du Li sur leur surface (c'est-à-dire le placage supérieur) en raison de la coque en carbone qui empêche le mouvement du Li-ion, en particulier à des densités et des capacités de courant plus élevées, ce qui entraîne de mauvaises performances électrochimiques.

Pour résoudre ce problème, l'équipe KERI a développé une structure de carbone poreux 1D confinable au Li avec un noyau creux, et a ajouté un petit nombre de nanoparticules d'or ayant une affinité Li (lithiophile) au noyau creux. Les nanoparticules d'or contrôlent la direction de croissance du 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 du Li-ion vers l’espace central.

Kang et coll.

En raison des réseaux conducteurs bien interconnectés formant une structure tridimensionnelle, de la conception de la coque poreuse permettant un transport facile du Li-ion et de l'espace du noyau creux avec de l'Au lithophile stockant le Li métallique, le [email protégé] peut supprimer le placage supérieur du Li et améliorer le Li. efficacité de dénudage/placage par rapport à leurs homologues, même à 5 mA cm-2, atteignant finalement des performances de cyclage stables de la cellule complète LiFePO4 et de la cellule symétrique [email protected] pendant plus de 1 000 et 2 000 cycles, respectivement.

L'analyse par éléments finis révèle que le mérite structurel et la lithiophilie de Au permettent un fonctionnement réversible rapide du Li dans l'espace central désigné du [email protégé], ce qui implique que la conception structurelle de l'hôte confinable au Li est cruciale pour le fonctionnement stable du Li prometteur. piles métalliques à un niveau de test pratique.

L'équipe du Dr Byung Gon Kim du KERI 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. Les résultats de la simulation ont montré que la longueur réduite de diffusion des ions Li par les pores de la coque et l'affinité améliorée du Li par les nanoparticules d'or maintenaient 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 taux de 4C) (rétention de capacité de 82,5 %). Il convient également de noter que cette technologie est à la fois pratique, car l’équipe a utilisé la technique de l’électrofilage qui présente des avantages en matière de production de masse pour la synthèse de matériaux.

L’équipe prévoit de poursuivre la commercialisation des batteries Li-métal en développant, par exemple, des électrolytes fonctionnels pour assurer le dépôt et la dissolution stables du Li métallique.

KERI est un institut de recherche financé par le gouvernement dédié à l'électricité et relevant du Conseil national de recherche en science et technologie (NST) du ministère des Sciences et des TIC.