Nanocristaux d'étain pour la future batterie

Batteries rechargeables Li-Ion
Les batteries Li-Ion (Lithium-Ion) sont les batteries rechargeables les plus courantes dans l'électronique portable. Les batteries lithium-ion ont l'une des meilleures densités d'énergie, aucun effet mémoire, une perte de charge lente lorsqu'elles ne sont pas utilisées et sans danger pour l'environnement car il n'y a pas de lithium métal libre, en comparaison avec d'autres types de batteries rechargeables. Les batteries lithium-ion rechargeables sont les supports de stockage compacts et légers préférés pour stocker une grande quantité d'énergie dans un petit espace. Ils alimentent les voitures électriques, les vélos électriques, les téléphones intelligents et les ordinateurs portables. À l'échelle mondiale, les chercheurs sont actuellement en train de développer une nouvelle génération de telles batteries avec des performances améliorées. Dans la plupart des batteries lithium-ion de nos jours, le pôle plus est composé des oxydes de métaux de transition cobalt, nickel et manganèse, le pôle moins du graphite. Cependant, dans les batteries lithium-ion plus puissantes de la prochaine génération, des éléments tels que l'étain ou le silicium peuvent très bien être utilisés au pôle moins.
Batteries lithium-ion à base de nanomatériaux
Des chercheurs du Laboratoire de chimie inorganique de l'ETH Zurich et de l'Empa ont maintenant développé une batterie lithium-ion à base de nanomatériaux.
Structure
Le nanomatériau a de minuscules cristaux d'étain comme anode de la batterie. Pendant la charge, les ions lithium sont absorbés par cette électrode et libérés à nouveau pendant la décharge. Avec plus d'ions lithium, les électrodes peuvent absorber et libérer et donc plus d'énergie peut être stockée dans la batterie. Ici, chaque atome d'étain peut absorber au moins quatre ions lithium, mais changer de volume. Dans les électrodes d'étain, les cristaux d'étain deviennent jusqu'à trois fois plus gros en absorbant beaucoup d'ions lithium et se rétrécissent à nouveau lorsqu'il les libère, ce qui constitue un défi pour les chercheurs. Si l'électrode était constituée d'un bloc d'étain compact, cela serait pratiquement impossible. Pour surmonter cet inconvénient, les chercheurs utilisent la nanotechnologie pour produire les nanocristaux d'étain les plus petits et uniformes et en intégrer un grand nombre dans une matrice de carbone poreuse et conductrice perméable.
Pendant le développement du nanomatériau avec une taille et une uniformité idéales, les chercheurs suivent deux étapes pendant la formation du petit noyau cristallin et sa croissance ultérieure en influençant le temps et la température de la phase de croissance.
Développement futur
Avec le choix de la meilleure matrice de carbone possible et du meilleur agent liant pour les électrodes, et une structure microscopique idéale pour les électrodes ainsi qu'un liquide électrolytique optimal et stable dans lequel les ions lithium peuvent aller et venir entre les deux pôles, le chercheur pense que des matériaux de base rentables adaptés à la production d'électrodes avec une capacité de stockage d'énergie et une durée de vie accrues peuvent être produits.