Des scientifiques du Rensselaer Polytechnic Institute de New York ont déclaré avoir amélioré la stabilité du disulfure de vanadium dans les cathodes des batteries lithium-ion destinées à l’électronique grand public, au stockage solaire et aux véhicules électriques.
Dans l’étude Vanadium disulfide flakes with nanolayered titanium disulfide coating as cathode materials in lithium-ion batteries, publiée dans la revue Nature, les scientifiques affirment qu’ils ont réussi à rendre les flocons de disulfure de vanadium dans une batterie lithium-ion plus stables en les recouvrant d’une couche de disulfure de titane d’environ 2,5 nm d’épaisseur.
L’enduit de disulfure de titane (TiS2) serait alors beaucoup moins susceptible de subir la “distorsion de Peierls” pendant le processus de lithisation et de délithisation, ce qui lui permet de stabiliser le disulfure de vanadium sous-jacent. La distorsion de Peierls affecte le réseau périodique d’un cristal unidimensionnel, ce qui entraîne une conductivité thermique plus faible.
En lutte avec la distorsion de Peierls
Les chercheurs ont déclaré avoir observé comment l’instabilité du disulfure de vanadium utilisée dans les batteries lithium-ion était produite. Le document indique que l’insertion de lithium est responsable de la distorsion de Peierls, définie comme une asymétrie dans la distance interatomique du vanadium, et provoque la rupture des flocons de disulfure de vanadium.
“Le revêtement de TiS2 agit comme une couche tampon”, indiquent-ils. “Il maintient le matériau VS2 [sulfure de vanadium] ensemble, ce qui fournit un support mécanique. Le cristal de TiS2 reste relativement peu perturbé pendant le processus de migration du lithium, ce qui explique pourquoi le revêtement de TiS2 améliore considérablement la durée de vie de la cathode VS2. En conséquence, le TiS2 externe résiste aux cycles de charge/décharge, tandis que les couches internes du VS2 sont mieux protégées contre la dégradation en raison du support mécanique fourni par l’enduit de TiS2.”
Des tests électrochimiques, des images optiques in situ et les principes de la théorie de la densité fonctionnelle ont été utilisés pour vérifier que la stabilité de disulfure de vanadium était améliorée de manière significative. “Ces résultats offrent une nouvelle opportunité pour la conception rationnelle des matériaux conducteurs TMD [métaux de transition dicalcogénures] pour la construction de batteries lithium-ion haute performance”, précise le document.
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