Pendant des années, les chercheurs ont cherché à en savoir additionally sur un groupe d’oxydes métalliques prometteurs en tant que matériaux clés pour la prochaine génération de batteries lithium-ion en raison de leur mystérieuse capacité à stocker beaucoup plus d’énergie que ce qui devrait être doable. Une équipe de recherche internationale, codirigée par l’Université du Texas à Austin, a déchiffré le code de cette anomalie scientifique, abattant un obstacle à la design de systèmes de stockage d’énergie par batterie ultra-rapides.



L’équipe a découvert que ces oxydes métalliques possèdent des moyens uniques de stocker l’énergie au-delà des mécanismes de stockage électrochimiques classiques. La recherche, publiée dans Character Products, a révélé plusieurs types de composés métalliques avec une capacité de stockage d’énergie jusqu’à trois fois supérieure à celle des matériaux courants dans les batteries lithium-ion disponibles dans le commerce.

En décodant ce mystère, les chercheurs aident à débloquer des batteries avec une as well as grande capacité énergétique. Cela pourrait signifier des batteries moreover petites et as well as puissantes capables de recharger rapidement tout, des smartphones aux véhicules électriques.



« Pendant près de deux décennies, la communauté de recherche a été perplexe devant les capacités anormalement élevées de ces matériaux au-delà de leurs limites théoriques », a déclaré Guihua Yu, professeur agrégé au département de génie mécanique Walker de la Cockrell College of Engineering et l’un des leaders du projet. « Ce travail démontre la toute première preuve expérimentale pour montrer que la cost supplémentaire est stockée physiquement à l’intérieur de ces matériaux by using un mécanisme de stockage de demand d’espace. »

Pour démontrer ce phénomène, l’équipe a trouvé un moyen de surveiller et de mesurer remark les éléments changent au fil du temps. Des chercheurs de l’UT, du Massachusetts Institute of Technological innovation, de l’Université de Waterloo au Canada, de l’Université du Shandong de Chine, de l’Université de Qingdao en Chine et de l’Académie chinoise des sciences ont participé au projet.

Au centre de la découverte se trouvent les oxydes de métaux de transition, qui sont des composés comprenant de l’oxygène lié à des métaux de changeover tels que le fer, le nickel et le zinc. L’énergie peut être stockée à l’intérieur des oxydes métalliques – par opposition aux méthodes typiques qui voient les ions lithium entrer et sortir de ces matériaux ou convertir leurs buildings cristallines pour le stockage d’énergie. Et les chercheurs montrent qu’une capacité de demand supplémentaire peut également être stockée à la floor de nanoparticules de fer formées au cours d’une série de processus électrochimiques conventionnels.

Une substantial gamme de métaux de transition peut libérer cette capacité supplémentaire, selon la recherche, et ils partagent un fil conducteur – la capacité de collecter une haute densité d’électrons. Ces documents ne sont pas encore prêts pour les heures de grande écoute, a déclaré Yu, principalement en raison d’un manque de connaissances à leur sujet. Mais les chercheurs ont déclaré que ces nouvelles découvertes devraient contribuer grandement à faire la lumière sur le potentiel de ces matériaux.

La system clé utilisée dans cette étude, nommée magnétométrie in situ, est une méthode de surveillance magnétique en temps réel pour étudier l’évolution de la construction électronique interne d’un matériau. Il est capable de quantifier la capacité de charge en mesurant les variants de magnétisme. Cette technique peut être utilisée pour étudier le stockage de cost à une très petite échelle qui dépasse les capacités de nombreux outils de caractérisation conventionnels.

« Les résultats les furthermore significatifs ont été obtenus à partir d’une technique couramment utilisée par les physiciens mais très rarement dans la communauté des batteries », a déclaré Yu. « C’est une vitrine parfaite d’un beau mariage de physique et d’électrochimie. »