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Jul 06, 2023

Améliorer l’efficacité du lithium

Conformément aux tendances environnementales mondiales, l’UE encourage fortement les industries à passer au vert. Tout le monde comprend que le changement climatique est là et principalement causé par les émissions de CO2, où

Conformément aux tendances environnementales mondiales, l’UE encourage fortement les industries à passer au vert. Tout le monde comprend que le changement climatique est là et principalement causé par les émissions de CO2, où le secteur des transports est responsable de 26 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre et, à l'intérieur, 77 % sont générés par le transport routier.

En raison de ces facteurs, le secteur automobile s’est tourné vers les véhicules électroniques (VE). Cependant, les ventes sont insuffisantes en raison des inquiétudes des consommateurs, notamment du fait qu'ils ne disposeront pas d'une autonomie suffisante pour satisfaire leurs besoins, car les matériaux actuellement utilisés dans les batteries lithium-ion (LIB), qui constituent la source d'énergie des véhicules électriques, sont utilisés. à leur niveau maximum.

En outre, la demande croissante de véhicules électriques entraîne de nombreuses émissions de CO2 lors de la production de batteries lithium-ion. Cela peut être atténué si la capacité totale et la durée de vie de la batterie sont augmentées.

Les performances d'une LIB dépendent principalement du matériau de l'anode de la batterie. Actuellement, le graphite est le matériau d’anode commercial le plus populaire. Cependant, la capacité relativement faible du matériau limite son développement ultérieur. Les matériaux d'anode à base de silicium (Si) sont un candidat populaire pour la production de batteries lithium-ion de nouvelle génération en raison de leur densité de puissance élevée.

Le silicium est une alternative au graphite comme matériau d'anode pour la production de batteries lithium-ion. Sa capacité spécifique théorique est de 4 212 mAh/g, tandis que la capacité spécifique théorique du graphite est de 372 mAh/g.

Cependant, la capacité initiale élevée des composites à base de nano-silicium diminue rapidement avec le cyclage, qui est associé à une augmentation de son volume jusqu'à trois à cinq fois lors de la lithiation-délithiation du silicium. Un tel gonflement conduit à la fissuration du matériau anodique et à une rupture du contact avec le collecteur de courant.

Des chercheurs de différents pays ont proposé de nombreuses façons d'améliorer l'efficacité des anodes à base de nano-silicium.

Les mécanismes de dégradation du LIB sont complexes et dépendent de plusieurs facteurs dont le principal est l'agglomération des nanoparticules de silicium et ses modifications volumétriques, conduisant à une perte de contact entre les nanoparticules de silicium et le matériau carboné, ce qui conduit à une dégradation du LIB au cours du cyclage.

L'image suivante montre comment le silicium est inégalement réparti dans le matériau carboné et forme des agglomérats allant jusqu'à 300 nm.

Notre équipe a proposé une méthode originale de synthèse de nanocomposites silicium-carbone par exfoliation micro-ondes (MW).

Développement d'une technologie de synthèse micro-onde de nanocomposites silicium-carbone et d'équipements technologiques pour sa mise en œuvre

En choisissant un précurseur, les paramètres opératoires du rayonnement MW, la composition et la pression du mélange gazeux argon-monosilane, il a été possible de synthétiser des composites silicium-carbone avec :

Conclusion sur les avantages

Les avantages de la méthode MW pour la synthèse de composites silicium-carbone (n-Si@MLG) sont les suivants :

2. La possibilité d'obtenir des composites contenant du n-Si dans une large gamme de concentrations (de 5 à 80 %). Cela permet de synthétiser des matériaux d'anode pour LIB avec les caractéristiques souhaitées ; et3. La synthèse MW de composites silicium-carbone est réalisée en une seule étape et a une vitesse élevée avec un rendement de 100 % du produit cible.

Cela simplifiera considérablement la technologie permettant d'obtenir du n-Si@MLG d'une composition donnée pour la production de batteries lithium-ion et augmentera la productivité en créant une ligne de production.

L'exfoliation micro-ondes de C2F∙xR dans une atmosphère de monosilane (SiH4) a permis d'obtenir des structures à partir de MLG avec une répartition uniforme de nanoparticules de silicium d'une taille donnée dans l'espace intercouche du graphène.

Les avantages de l'utilisation du produit Adianano dans les LIB

Ces avantages susmentionnés assurent la stabilité du composite contre la fissuration lorsque le volume de silicium change lors du cyclage (trampoline) et, par conséquent, la stabilité à long terme du fonctionnement du LIB.