Un groupe international de chercheurs a remplacé le graphite par un nouveau matériau – élaboré avec des microsphères nanostructurées composées de cuivre, de fer et d’oxyde de fer de formule Cu0,4Zn0,6Fe2O4 – pour l’anode négative des batteries lithium-ion destinées aux appareils ménagers, aux smartphones et aux véhicules électriques.
Les microsphères ont été synthétisées avec une méthode de pyrolyse par pulvérisation : une technique utilisée pour la décomposition thermique de matières organiques en l’absence d’oxygène. Ce procédé est connu pour offrir une excellente capacité de vitesse et une grande stabilité de cycle. Il est utilisé dans l’industrie chimique pour produire de l’éthylène et du carbone – à partir du pétrole, du charbon et du bois – ainsi que pour créer du coke à partir du charbon.
Une solution aqueuse contenant des ions a été transformée par une technique à ultrasons. L’eau a été évaporée à 1 200 degrés Celsius, ce qui a décomposé les sels métalliques d’origine. Le procédé a permis de former des sphères de l’ordre du micron ou du submicron avec les niveaux de porosité requis pour le stockage des ions lithium.
Le nouveau matériau anodique offrirait une capacité trois fois supérieure à celle des batteries actuellement disponibles dans le commerce et multiplierait par cinq le nombre de cycles de charge-décharge par rapport à d’autres alternatives prometteuses au graphite. « Cette amélioration est obtenue grâce à un effet synergique résultant d’une nanostructure spéciale combinée à la composition des éléments utilisés », explique le chercheur Evgeny Kolesnikov.
« L’effet synergique entre les différents cations, ainsi que la nanodimension couplée à un intérieur creux et à une porosité de surface des matériaux d’électrode, facilitent non seulement la cinétique de transport des ions li et des électrons, mais permettent également une grande expansion du volume », précise l’équipe de recherche. Aucune information n’a été fournie sur le coût du nouveau matériau et le processus de fabrication.
Le nouveau matériau a été présenté dans l’étude Hollow-structured Cu0.4Zn0.6Fe2O4 as a novel negative electrode material for high-performance lithium-ion batteries, publiée dans le Journal of Alloys and Compounds. Les membres de l’équipe de recherche viennent de l’Université nationale de science et de technologie de Russie (NUST), de l’Université nationale de science et de technologie de Séoul en Corée, de l’Institut de science et de technologie SRM en Inde et de l’Université de science et de technologie de Norvège (NTNU).
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