KAUST et l'équipe Aramco développent une mousse MoS2 3D hiérarchiquement poreuse aussi élevée

Apr 05, 2024

Des chercheurs de KAUST et d'Aramco ont développé une mousse tridimensionnelle de bisulfure de molybdène avec une hiérarchie structurelle sur sept ordres de grandeur. La mousse fournit un réseau interpénétré pour un transport de charge efficace, une diffusion rapide des ions et un support mécaniquement résilient et chimiquement stable pour les réactions électrochimiques.

Les performances électrochimiques extraordinaires de la mousse de bisulfure de molybdène surpassent la plupart des anodes de batterie lithium-ion à base de bisulfure de molybdène et des matériaux de pointe. Un article en libre accès sur les travaux est publié dans Nature Communications.

La mousse auto-assemblée présente une structure hiérarchique complexe qui lui permet d'absorber à plusieurs reprises puis de libérer facilement de grandes quantités d'ions lithium. Ce matériau pourrait devenir un élément clé des batteries au lithium à charge rapide et à longue durée de vie.

(a) Le schéma de fabrication illustre la configuration EHD et l'évolution structurelle de la mousse MoS2. (b) Démonstration de fabrication évolutive de mousse MoS2 sur un substrat de cuivre (Cu) de 4 pouces qui comprend des hiérarchies structurelles sur sept ordres de grandeur, y compris (c) des réseaux poreux interconnectés, (d) une structure architecturée, (e) un vortex. cellule unitaire en treillis, (f) nanopores et entretoises, (g) feuilles de MoS2 entrelacées, (h) déchirures et trous sur le plan basal et (i) postes vacants en S. Wei et coll.

La substance inorganique bisulfure de molybdène (MoS2) a été désignée comme matériau d'anode potentiel prometteur pour les batteries lithium-ion (LIB). Cependant, le MoS2 est généralement constitué de couches 2D atomiquement minces, empilées comme des feuilles de papier. Cette structure fragile en couches manque de stabilité électrochimique et limite la diffusion des ions lithium dans et hors du matériau, explique Xuan Wei, auteur principal.

L’équipe a cherché à convertir des nanofeuilles de MoS2 2D en un matériau 3D robuste adapté à l’utilisation d’anodes de batterie. Après avoir testé des dizaines de conditions, l’équipe a finalement trouvé une configuration dans laquelle les nanofeuilles forment une mousse 3D stable et organisée.

La mousse possède une structure hiérarchique très ordonnée, depuis les éléments structurels nanoscopiques jusqu'aux caractéristiques visibles à l'œil nu. Ces caractéristiques étaient essentielles à l’excellente performance de l’anode de batterie du matériau, dont l’équipe a montré qu’elle maintenait une capacité de lithium élevée au fil du temps. Les anodes LIB doivent résister à des gonflements et à des rétrécissements répétés, car une grande quantité de lithium est absorbée puis libérée à chaque cycle de décharge/recharge de la batterie.

Ressources

Wei, X., Lin, CC., Wu, C. et al. (2022) «Mousse MoS2 tridimensionnelle poreuse hiérarchiquement comme anode de batterie lithium-ion stable et à haut débit.» Nat Commun 13, 6006 doi: 10.1038/s41467-022-33790-z

Publié le 23 décembre 2022 dans Batteries, Contexte du marché, Matériaux | Lien permanent | Commentaires (23)