Parce que la technologie de la batterie n'a pas développé aussi rapidement que les appareils qu'ils électriques, un pourcentage de plus en plus du volume de ces dispositifs est repris par les batteries nécessaires pour les faire fonctionner. Maintenant, une équipe de chercheurs travaillant au Centre de nanotechnologies intégrés (CINT) prétend avoir créé le plus petit batterie du monde, et bien que la petite batterie ne sera pas alimenter les téléphones mobiles de l'année prochaine, il a déjà fourni des indications sur la façon dont les piles travail et devrait permettre le développement de batteries plus petites et plus efficaces à l'avenir.

La batterie rechargeable minuscule, à base de lithium a été créé par une équipe dirigée par Sandia National Laboratories chercheur Jianyu Huang. Il se compose d'une batterie lithium cathode de cobalt en vrac trois millimètres de long, un électrolyte liquide ionique, et a comme anode un oxyde simple d'étain (Sn02) nanofil 10 nanomètres de long et 100 nanomètres de diamètre - qui est l'un de sept millième de l'épaisseur d'un cheveu humain .

Parce que les matériaux à base de nanofils de batteries lithium-ion offrent le potentiel d'amélioration significative de la densité de puissance et d'énergie sur des électrodes en vrac les chercheurs ont voulu acquérir une compréhension des mécanismes fondamentaux par lesquels piles travail. Ils forment donc la batterie à l'intérieur d'un microscope électronique à transmission (MET), de manière qu'ils puissent étudier la charge et la décharge de la batterie en temps réel et à la résolution de l'échelle atomique.

En suivant la progression des ions lithium comme ils se déplacent le long du nanofil, les chercheurs ont découvert que lors de la charge de la tige de nanofils d'oxyde d'étain a presque doublé en longueur. Ceci est beaucoup plus que son diamètre augmente et pourrait aider à éviter les courts-circuits qui peuvent raccourcir la vie de la batterie. Cette découverte inattendue va à l'encontre de la croyance commune des travailleurs dans le domaine que les batteries gonflent travers leur diamètre, pas longitudinalement.

"Les fabricants devraient tenir compte de cet allongement dans leur conception de la batterie," a dit Huang. "Ces observations prouvent que nanofils peuvent supporter le stress grande (> 10 GPa) induite par lithiation sans se rompre, ce qui indique que les nanofils sont de très bons candidats pour les électrodes de la batterie," at-il ajouté.

Examen à l'échelle atomique de la charge et la décharge d'un processus nanofil unique n'a pas été possible avant parce que le vide poussé dans un TEM a rendu difficile d'utiliser un électrolyte liquide. Le groupe Huang a surmonté ce problème en montrant qu'un liquide ionique à faible pression de vapeur - sel essentiellement fondu - pourrait fonctionner dans un milieu sous vide.

Cela signifie que même si le travail a été réalisé en utilisant des nanofils d'oxyde d'étain, Huang dit que les expériences pourraient être étendues à d'autres systèmes de matériaux, soit pour les études de cathode ou anode.

"La méthodologie que nous avons développé devrait stimuler de vastes études en temps réel des processus microscopiques dans les batteries et conduire à une compréhension plus complète des mécanismes qui régissent la performance de la batterie et de la fiabilité", at-il dit. "Nos expériences ont également jeter les bases de in situ des études de réactions électrochimiques, et auront un large impact dans le stockage de l'énergie, la corrosion, l'électrodéposition et le champ de recherche de la synthèse chimique générale ".

Le travail de l'équipe de recherche est rapporté dans le numéro de Décembre 10 de la revue La science.