L’aide de la « méthode du modèle de soufre » pour les batteries Li-ion
Ces dernières années, les produits électroniques tels que les téléphones mobiles et les ordinateurs portables se sont développés vers des produits plus légers et plus minces. Parmi eux, la durée de vie de la batterie secondaire (rechargeable) reste la même ou plus petite, mais la durée de vie de la batterie est continuellement améliorée. En outre, à l’ère des véhicules à énergie nouvelle, comment avoir une plus grande autonomie d’électricité dans un espace de carrosserie limité est également un problème qui doit être résolu. Afin d’alléger la prochaine génération de batteries au lithium, l’équipe scientifique de l’Université de Tianjin a développé la « méthode du modèle de soufre ».
En réponse à la demande croissante, les chercheurs ont travaillé sur l’amélioration des performances des batteries secondaires. Ils ont constaté que la nanotechnologie peut rendre les batteries « plus légères » et « plus rapides », mais en raison de la densité plus faible des nanomatériaux, « plus petites » est devenue un problème pour les chercheurs dans le domaine du stockage de l’énergie.
Récemment, le professeur Yang Quanhong de l’École de génie chimique de l’Université de Tianjin et son équipe de recherche ont proposé une « méthode de modèle de soufre ». Ils ont finalement complété le « sur mesure » de l’encapsulation de graphène des particules actives grâce à la conception de matériaux d’anode pour les batteries lithium-ion à haute densité d’énergie. Permettre de rendre les batteries lithium-ion « plus petites ».
Dans l’étude des propriétés des matériaux, les chercheurs ont constaté que bien que les batteries lithium-ion aient déjà une densité d’énergie élevée, les matériaux non carbonés tels que l’étain et le silicium devraient remplacer le graphite commercial actuel et améliorer considérablement la densité d’énergie massique des batteries lithium-ion. Cependant, le problème d’expansion du volume de ces deux matériaux limite leur application et leur développement.
Par conséquent, les chercheurs ont résolu ce problème en utilisant des structures de cage en carbone construites à partir de nanomatériaux de carbone améliorés. Sur la base de l’assemblage interfacial de graphène, ils ont inventé une technique à gabarit de soufre pour des cages de carbone poreuses denses adaptées avec précision.
Dans le processus de construction de réseaux de graphène denses en utilisant des techniques d’évaporation capillaire, les chercheurs ont introduit le soufre comme modèle de volume fluide pour compléter la personnalisation des couches de graphène-carbone pour les particules actives non carbonées. Dans l’expérience, en modulant la quantité de gabarit de soufre utilisée, ils ont pu contrôler avec précision la structure tridimensionnelle de la cage graphène-carbone pour obtenir un revêtement « ajusté » des particules actives non carbonées, afin de tamponner efficacement les énormes particules actives non carbonées causées par l’intercalation du lithium. L’expansion du volume lui permet d’afficher d’excellentes performances de volume en tant qu’électrode négative pour les batteries lithium-ion.
Grâce à cette recherche, l’équipe de recherche du professeur Yang Quanhong a résolu avec succès le problème du goulot d’étranglement de la haute densité et de la porosité des matériaux carbonés, et a obtenu des matériaux en carbone poreux à haute densité.
Il convient de souligner que cette idée de conception « sur mesure » de la structure de la cage en carbone basée sur l’assemblage en graphène peut être étendue à une stratégie de construction généralisée pour les batteries lithium-ion à haute énergie de nouvelle génération et les matériaux d’électrode tels que les batteries lithium-soufre et les batteries lithium-air. La batterie de stockage d’énergie devrait atteindre un « petit volume » et une « grande capacité », ce qui répond grandement aux besoins de portabilité des utilisateurs.
