Un matériau cristallin synthétique à base de carbone appelé graphdiyne (GDY) est devenu un élément clé probable dans la réalisation du prochain bond significatif dans la technologie des batteries, un pas vu depuis que le lithium a dépassé le plomb et d’autres métaux lourds au début des années 1990.
Le professeur Zicheng Zuo, membre de l’équipe graphdiyne de l’Académie chinoise des sciences, Institut de chimie, a publié un article de synthèse sur l’état de l’art dans le développement et l’utilisation de GDY en tant que composant d’interface de stockage et de conversion d’énergie. « En raison des caractéristiques inhérentes de GDY, de nouveaux phénomènes et propriétés ont été découverts dans un large éventail de domaines de recherche », ont écrit Zuo et ses co-chercheurs dans l’article.
« GDY a fait des percées substantielles dans les sciences fondamentales et appliquées, formé des concepts scientifiques innovants et réalisé de grandes réalisations. »
Le document de synthèse a été publié dans Énergie de recherche nanométrique.
Parmi les réalisations de GDY, les auteurs se sont principalement concentrés sur le potentiel du cristal 2D en ce qui concerne la conversion et le stockage de l’énergie. Au milieu de la lutte mondiale pour réduire les émissions de carbone, la communauté scientifique a été pressée de trouver des moyens de tirer le meilleur parti des sources d’énergie renouvelables, a expliqué Zuo, et un meilleur stockage de l’énergie en est une grande partie. Des améliorations significatives dans le stockage d’énergie de masse aideront à maximiser le rendement effectif du solaire et de l’éolien. La production horaire de chacun varie considérablement en fonction de la météo et de l’heure de la journée.
Graphdiyne est un réseau cristallin évolutif à l’infini qui peut contenir une charge et offre peu de résistance lors de la décharge, ce qui en fait une anode de batterie idéale pour une éventuelle prochaine génération de batteries de haute technologie qui rendraient viables les réserves massives d’énergie renouvelable et les véhicules électriques accessibles à un marché beaucoup plus vaste.
« La recherche indique fortement que l’interface graphdiyne a un fort potentiel pour les applications grand public des batteries à haute densité d’énergie et de la séparation de l’eau, qui sont des domaines importants pour la création d’une société durable », a déclaré Zuo. « Nous croyons fermement que ces matériaux apporteront des progrès transformateurs pour le stockage et la conversion d’énergie dans cinq à dix ans. »
L’équipe de Zuo a examiné le potentiel de graphdiyne en tant qu’interface entre les éléments constitutifs de diverses batteries, telles que le magnésium, le lithium, le sodium et le potassium, qui sont tous largement étudiés pour des utilisations dans le futur stockage d’énergie. Les résultats d’un certain nombre d’expériences avec différentes utilisations de stockage d’énergie ont montré que la graphdiyne est un conducteur d’électricité très efficace qui permet au courant de passer le long d’un chemin avec peu de résistance.
Graphdiyne est également resté stable dans le temps, ce qui en fait un sujet d’étude souhaitable pour les futures applications de stockage d’énergie dans le monde réel. « La stabilité et la contrôlabilité sont deux avantages sans précédent d’une interface graphdiyne, et elle a le potentiel de révolutionner la stabilité et les fonctions interfaciales dans des scénarios réels », a déclaré Zuo.
Étant donné que la graphdiyne est un réseau cristallin cultivé dans des environnements de laboratoire contrôlés avec précision, il peut être nécessaire de trouver des moyens de le produire plus rapidement pour le rendre viable pour l’industrie commerciale et les applications à l’échelle des infrastructures publiques. Zuo a déclaré que lui et ses collègues continueraient à étudier le potentiel de graphdiyne dans le stockage de l’énergie.
« À l’avenir, nous allons intensifier la recherche et construire des dispositifs prototypes à grande échelle pour montrer les avantages de l’interface graphdiyne pour faire progresser la densité d’énergie et la durée de vie des batteries. »
Xiaoya Gao et al, Stockage et conversion d’énergie électrochimique avancés sur l’interface graphdiyne, Énergie de recherche nanométrique (2022). DOI : 10.26599/NRE.2022.9120036