Une pincée de graphène conduit à l'électrolyte de batterie solide le plus «résistant» au monde

En combinant un matériau céramique avec du graphène, les ingénieurs de l'Université Brown ont fait ce qu'ils prétendent être l' électrolyte solide le plus puissant construit à ce jour .

Une batterie à semi-conducteurs, dans laquelle l'électrolyte liquide portant la charge est échangé contre une alternative solide, promet un certain nombre d'avantages en termes de performances par rapport aux solutions actuelles, mais certains problèmes doivent d'abord être résolus. Les scientifiques de l'Université Brown rapportent une nouvelle conception qui surmonte certains des principaux obstacles , en utilisant un mélange délicat de céramique et de graphène merveilleux pour produire l' électrolyte solide le plus puissant à ce jour .

En tant que solution qui transporte les ions lithium dans les deux sens entre l'anode et la cathode pendant que la batterie est chargée et déchargée, les électrolytes liquides jouent un rôle important dans le fonctionnement des batteries lithium-ion d'aujourd'hui. Mais ces liquides très volatils présentent un risque d'incendie lorsque la batterie est court-circuitée, de sorte que la sécurité peut être améliorée.

De plus, des électrolytes alternatifs pourraient offrir une densité d'énergie plus élevée et même permettre à d'autres composants de la batterie de s'améliorer. Par exemple, l'anode est généralement faite de cuivre et de graphite, mais les scientifiques pensent qu'un électrolyte solide permettrait à la batterie de fonctionner sur une anode au lithium pur, ce qui pourrait briser le «goulot d'étranglement de la densité d'énergie», selon une étude récemment publiée.

Mais intégrer un électrolyte solide n'est pas du tout facile, les efforts jusqu'à présent sont en proie à des ruptures et à la corrosion d'autres pièces de la batterie. L'utilisation de matériaux céramiques est apparue comme une option, mais leur nature fragile s'est également avérée problématique. Les chercheurs de l'Université Brown pensent pouvoir surmonter cet inconvénient en ajoutant une touche de graphène, le matériau miracle solide et léger qui offre également une conductivité électrique élevée, un attribut qui a dû être soigneusement géré à ces fins.

Vous voulez que l'électrolyte conduise les ions, pas l'électricité. Le graphène est un bon conducteur électrique, donc les gens peuvent penser que nous nous tirons une balle dans le pied en mettant un conducteur dans notre électrolyte. Mais si nous maintenons la concentration suffisamment basse, nous pouvons empêcher le graphène de conduire, tout en obtenant l'avantage structurel.

Nitin Padture, auteur de l'étude.

L'équipe a trouvé ce point idéal en combinant une certaine quantité de minuscules plaquettes d'oxyde de graphène avec une poudre de céramique, puis en chauffant le mélange pour former un composite céramique-graphène. Lors de tests, l'équipe a montré que le matériau électrolytique offrait deux fois la résistance de la céramique seule et que l'ajout de graphène n'interférait pas avec ses performances électriques.

« Ce qui se passe, c'est que lorsqu'une fissure est commencée dans un matériau, les plaquettes de graphène maintiennent essentiellement les surfaces brisées ensemble, de sorte que plus d'énergie est nécessaire pour que la fissure se développe», explique Athanasiou.

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Les chercheurs affirment qu'à leur connaissance, il s'agit de « l'électrolyte solide le plus résistant que l'on ait jamais fabriqué à ce jour », et ils espèrent qu'avec plus de travail, il pourra se retrouver dans des appareils pour des applications quotidiennes. À partir de là, les chercheurs prévoient de continuer à expérimenter le matériau et à tester des alternatives au graphène et à différents types de céramiques pour augmenter encore ses performances.

Plus d'informations: www.brown.edu

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