Blog

Aug 26, 2023

Les chercheurs montrent graphyne

Des chercheurs français et néerlandais ont montré que les surfaces graphyne et graphdiyne dans une batterie Li-métal à semi-conducteurs permettent efficacement l'intercalation du Li tout en empêchant d'autres

Des chercheurs français et néerlandais ont montré que les surfaces de graphyne et de graphdiyne dans une batterie Li-métal à semi-conducteurs permettent efficacement l'intercalation du Li tout en empêchant d'autres molécules d'électrolyte d'atteindre les électrodes. Un article sur leurs travaux est publié dans Journal of Power Sources.

Les électrolytes entièrement solides pourraient conduire à une avancée technologique dans les performances des batteries entièrement solides lorsqu’ils sont combinés à une anode lithium-métal. Cependant, l’utilisation d’une anode lithium-métal présente plusieurs défis, tels que la croissance des dendrites, la stabilité électrochimique de l’interface, la formation et la propagation de fissures et le délaminage des interfaces électrode/électrolyte.

Ce travail vise à explorer l'efficacité de l'utilisation de membranes à base de graphyne 2D nouvellement synthétisées (à savoir graphyne, graphdiyne et graphtriyne) pour la protection des électrodes dans une batterie à électrolyte polymère solide grâce à des calculs de premier principe, à la méthode de bande élastique poussée et à la simulation classique de la dynamique moléculaire. .

Plus précisément, nous visons à étudier l’efficacité de ces membranes pour atténuer les défis susmentionnés.

Les chercheurs ont proposé une solution alternative qui empêche le contact direct entre les électrolytes et les électrodes en recouvrant les électrodes de couches de graphyne-n (n = 1, 2, 3) perméables aux petits cations, tels que Li+ et Na+.

Graphyne (n = 1), graphdiyne (n = 2) et graphtriyne (n = 3) sont des allotropes de carbone 2D composés de liaisons acétyléniques (sp-) et de benzène (anneaux aromatiques) (atomes de carbone hybrides sp). Le graphyne est une feuille planaire d'un atome d'épaisseur. Le Graphdiyne, synthétisé depuis 2010, est l'allotrope de carbone non naturel le plus stable contenant des liaisons diacétylène. En raison d'une structure poreuse contenant des pores triangulaires de tailles 3,94 Å, 5,42 Å et 6,69 Å pour le graphyne, le graphdiyne et le graphtriyne, respectivement, et des carbones conjugués, le graphyne-n fournit des sites de stockage et des voies de diffusion pour les petits ions tels que Li+.

Le Li+ peut ainsi diffuser dans des directions parallèles et perpendiculaires aux couches de graphyne-n, faisant du graphyne-n un matériau 2D prometteur dans les batteries de stockage d'énergie.

Le modèle de batterie étudié était constitué d'électrolytes polymères solides (SPE) délimités par deux surfaces de graphyne-n, chaque surface étant composée de quatre couches d'une feuille de graphyne-n, avec n = 1, 2 ou 3.

Les chercheurs ont appliqué un champ électrique externe élevé allant jusqu'à 0,5 V/Å, 0,75 V/Å et 1 V/Å pour accélérer le processus de diffusion ionique. Les énergies d'adsorption, le transfert de charge et la diffusion dans le plan/hors plan du lithium unique sur des surfaces à base de graphyne ont été étudiées. Ensuite, ils ont calculé et comparé la perméabilité au Li, l’efficacité de rejet des molécules d’électrolyte et les propriétés intrinsèques des membranes nanoporeuses à base de graphyne.

Ressources

Mohammed Lemaalem, Nabil Khossossi, Gaelle Bouder, Poulumi Dey, Philippe Carbonnière (2023) « La membrane à base de graphyne comme candidat prometteur pour la protection des électrodes des batteries Li : aperçu des simulations atomistiques », Journal of Power Sources, Volume 581 doi : 10.1016/ j.jpowsour.2023.233482

Publié le 20 août 2023 dans Batteries, Li-métal, Contexte du marché, Matériaux | Lien permanent | Commentaires (0)