Lacroix
Les batteries lithium-ion constituent le moteur de l’électronique moderne, et les piles à combustible sont un candidat prometteur pour les appareils à énergie durable. Un facteur important affectant les performances des batteries lithium-ion et des piles à combustible est la dispersibilité des boues de carbone, suspensions constituées de particules de carbone conductrices dispersées dans un solvant. Ils peuvent être facilement déposés sur un collecteur métallique pour produire des électrodes en série. Mais les particules de carbone présentes dans la boue doivent être dispersées de manière homogène pour garantir des performances fiables de la batterie.
Cependant, évaluer la dispersibilité de boues épaisses présentant des concentrations élevées de particules est extrêmement difficile. Le grand nombre de particules empêche de pénétrer dans la composition interne des boues grâce à des strategies spectroscopiques directes. De additionally, il n’existe aucune méthode pour évaluer la dispersibilité et les propriétés conductrices des boues en réponse aux contraintes de cisaillement appliquées pendant le processus de revêtement.
Dans ce contexte, une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Isao Shitanda de l’Université des sciences de Tokyo (TUS) au Japon a développé une nouvelle procedure pour estimer la dispersibilité des boues de carbone. Leur dernière étude, publiée en ligne dans ACS Applied Electronic Materials le 1er août 2023, est co-écrite par le Dr Yoshifumi Yamagata d’Anton Paar Japan KK et le Dr Shingo Niinobe de Shin-Etsu Chemical Co. Ltd.
Les chercheurs ont combiné un rhéomètre – un instrument scientifique permettant de mesurer le comportement d’écoulement et de déformation des fluides en réponse à une contrainte appliquée – avec un dispositif de spectroscopie pour mesurer l’impédance électrochimique des boues noires d’acétylène avec de la méthylcellulose (un composé dérivé de la cellulose utilisé comme matériau). épaississant et émulsifiant dans les produits alimentaires et cosmétiques, comme laxatif formant une masse et sous forme de gouttes ophtalmiques et auriculaires) comme dispersant. Ils ont mené des expériences sous l’influence de contraintes de cisaillement à différentes fréquences pour obtenir les spectres de rhéo-impédance, qui fournissent des informations sur la structure interne des particules de carbone dans une suspension. Fait intéressant, ils ont remarqué que les spectres d’impédance ne changeaient pas considérablement sous l’application d’une contrainte de cisaillement pour une suspension de carbone présentant une bonne dispersibilité.
De additionally, l’équipe a développé un modèle de circuit équivalent composé de trois forms de résistances et de capacités de contact : celles entre les particules de noir d’acétylène, celles de la masse des particules et celles résultant de la conception de l’installation de mesure. La résistance globale du noir d’acétylène ne dépend pas du taux de cisaillement mais diminue avec l’augmentation de la concentration de méthylcellulose. De as well as, la résistance mesurée à chaque concentration de méthylcellulose augmentait avec le taux de cisaillement, une observation attribuée à une rupture partielle du réseau carbone-carbone et à une conductivité décroissante avec l’augmentation du taux de cisaillement.
Ensemble, ces résultats montrent ainsi qu’il est probable d’évaluer la dispersibilité des boues d’électrodes sur la base d’une combinaison de mesures de viscosité (mesurée avec le rhéomètre) et d’impédance électrochimique. Enthousiasmé par le potentiel de leur nouvelle méthodologie, le Dr Shitanda remarque : « Les conclusions de cette étude pourraient s’avérer utiles pour améliorer l’efficacité des processus de fabrication d’électrodes à grande échelle dans lesquels la composition interne de la suspension doit être soigneusement contrôlée.
La préparation de boues ayant une dispersibilité additionally élevée pourrait également conduire à de meilleures performances des batteries lithium-ion et à des matériaux fonctionnels améliorés. Il s’agirait d’une contribution significative à la development d’une société strong et neutre en carbone en favorisant les apps dans les panneaux solaires, les piles à flamable et les véhicules électriques.
“La méthode proposée peut être utilisée pour évaluer la dispersibilité non seulement des dispersions de carbone, mais aussi d’une grande variété de boues. Dans les études futures, nous prévoyons d’effectuer d’autres mesures et des vérifications de circuits équivalents en modifiant le kind de particules et les combinaisons de liants”, conclut le Dr..Shitanda.
Espérons que cette étude nous permettra de produire des boues moreover optimales, ouvrant la voie à des technologies furthermore durables pour l’électronique, les véhicules électriques et les dispositifs de stockage d’énergie de nouvelle génération !
