Une batterie au lithium-ion à base de sable améliore la densité d'énergie de 300%

Des chercheurs de l'Université de Californie, Riverside Bourns College of Engineering ont créé une batterie au lithium-ion qui surpasse la norme actuelle de l'industrie par trois fois.

Le matériau clé: le sable.

L'article ci-dessous explique comment ils y sont parvenus.

"C'est le Saint Graal - une façon de produire des anodes de batteries lithium-ion à haute performance à faible coût, non-toxique, et respectueux de l'environnement", a déclaré Zachary Favors, un étudiant diplômé qui travaille avec Cengiz et Mihri Ozkan, deux professeurs de génie à l'UC Riverside.

L'idée est venue de Favors, il ya six mois. Il se reposait sur ​​la plage après avoir fait du surf à San Clemente en Californie, quand il a ramassé un peu de sable, l'à examiné de près et a vu qu'il était composé principalement de quartz, ou dioxyde de silicium.

Sa recherche est centrée sur la construction de batteries au lithium-ion plus performantes, principalement pour les appareils électroniques personnels et les véhicules électriques. Il se concentre sur l'anode, ou sur le côté négatif de la batterie. Le graphite est le matériau standard pour l'anode, mais au fur et à mesure que les appareils électriques sont devenus plus puissants, les solutions pour améliorer le graphite ont été pratiquement épuisées.

Les chercheurs se concentrent maintenant sur ​​l'utilisation de silicium à l'échelle nanométrique, ou milliardièmes de mètre, en remplacement du graphite. Le problème avec le silicium à l'échelle nanométrique est qu'il se dégrade rapidement, et il est difficile à produire en grandes quantités.

Favors s'est lancé à résoudre ces deux problèmes. Il a étudié le sable afin de trouver un endroit aux États-Unis où il se trouve avec un pourcentage élevé de quartz. Ça l'a amené au Cedar Creek Reservoir, à l'est de Dallas, où il a grandi.

Sable dans la main, il est revenu au laboratoire à l'UC Riverside et il l'a broyé vers le bas de l'échelle nanométrique, suivie par une série d'étapes de purification qui ont changé sa couleur du brun au blanc lumineux, semblable à la couleur et la texture de sucre en poudre.

Après cela, il a broyé le sel et le magnésium à l'intérieur du quartz purifié (deux éléments très communs trouvés dissous dans l'eau de mer). La poudre résultante fut ensuite chauffée. Avec le sel quit agit comme un absorbeur de chaleur, le magnésium a travaillé pour éliminer l'oxygène du quartz, ce qui a donné comme résultat du silicium pur.

L'équipe Ozkan a été satisfaite de la façon dont le processus s'est déroulé.  Et ils ont rencontré une surprise positive et inattendue. Le nano-silicium s'est formé en consistance semblable à une éponge 3-D très poreuse.  La porosité s'est avéré être la clé pour améliorer les performances des batteries construites avec la nano-silicium.






L'amélioration de la performance pourrait signifier l'augmentation de la durée de vie prévue des batteries de véhicules électriques à base de silicium jusqu'à trois fois ou plus, ce qui serait important pour les consommateurs, compte tenu des batteries de remplacement qui coûtent des milliers de dollars. La densité d'énergie est plus de trois fois supérieure à celle des anodes à base de graphite traditionnelles, ce qui signifie que les téléphones cellulaires et les tablettes peuvent durer trois fois plus longtemps entre les charges.

En conclusion, il y a de nombreuses recherches en cours entourant les batteries au lithium-ion.  Peu d'entre elles aboutissent à des résultats prometteurs.  Mais il n'en faut qu'une seule.  En ayant éliminé le problème de dégradation du silicium nanométrique et celui de la difficulté à le produire, on pourrait croire que celle-ci possède un certain potentiel.

Source: Electric Vehicle News

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