L'offre De Base

La conception de nouveaux matériaux est impérative pour réaliser des avancées fondamentales dans les systèmes de conversion et de stockage de l'énergie. Ces deux éléments sont essentiels pour relever le défi de l'atténuation du réchauffement de la planète, qui exige une substitution de l'apport énergétique sans dépendance à l'égard des combustibles de combustion nuisibles à l'environnement.

Nous proposons des matériaux à confinement quantique pour améliorer les performances des systèmes de stockage d'énergie dans des applications de niche, où la légèreté, la résistance à la dégradation par la chaleur et/ou les radiations, les hautes performances et la longévité avec des matériaux de faible volume sont des exigences essentielles.

Matériau de Batterie à Architecture Atomiquement Modifié

Dans la technologie moderne de batterie/stockage d'énergie, les électrodes à base de silicium (Si) subissent d'énormes changements de volume, pendant les processus de lithiation/délithiation. Il en résulte une pulvérisation des nanostructures de silicium et, par conséquent, un raccourcissement des propriétés cycliques des batteries.

Le Carbure de Silicène (SixC) est la céramique la plus résistante à la corrosion, avec la capacité de maintenir sa résistance jusqu'à 1400°C (2552 °F). Sous forme nanostructurée et atomiquement architecturée, le SixC présente une dureté assez élevée, préservant sa structure après de longs temps de cycle. 

Lorsque du SixC nanostructuré est utilisé comme matériau d'anode dans les batteries au lithium-ion (LIB), il présente une stabilité de cycle supérieure, une bonne capacité nominale et une faible impédance. Plus la taille du matériau atomiquement architecturé est petite, plus sa tolérance aux contraintes/déformations est élevée. Ceci minimise la pulvérisation et prolonge la durée de vie d'une batterie dans laquelle de tels matériaux atomiquement architecturé sont incorporés.

Les nanotubes de SixC atomiquement architecturé trouvent leur application dans les micro-condensateurs ultra-capacités à haute température, où des études de recherche ont montré qu'elles présentaient une stabilité exceptionnelle, avec une durée de vie étendue.  

La nanotechnologie est ce domaine contre-intuitif, dans lequel moins de matériel est nécessaire pour obtenir plus de fonctionnalités. Avec de tels matériaux, en particulier dans la gamme de tailles de confinement quantique (<20 nm), il devient possible de réaliser des systèmes haute performance, durables et légers, utilisant très peu de matériau quantique. L’architecture atomique est l’étape supplémentaire intégrée à nos processus de conception et de fabrication des matériaux, afin d’améliorer à la fois la fonctionnalité et la compatibilité environnementale des matériaux quantiques, rendant ainsi leur champ d’applicabilité plus efficace et polyvalent. L’objectif essentiel du progrès réside dans l’augmentation de la densité énergétique d’un matériau et non de son volume.

Le Domaine Quantique

Les progrès dans le régime quantique des nanomatériaux à architecture atomique ne consistent pas à augmenter le volume. La montée en gamme dans le domaine quantique passe davantage par une augmentation de la surface et, par conséquent, des performances du matériau, que par la quantité de matériau. Il faut pour cela comprendre comment repositionner davantage d'atomes dans le champ opérationnel 

de la surface du matériau. L'augmentation du rapport surface/volume, comme c'est le cas avec les matériaux quantiques, améliore la densité d'énergie et de puissance grâce à une augmentation de la surface électrochimiquement active et à une réduction des longueurs de transport. Moins, c'est plus : Il s'agit d'exploiter l'énergie brute de l'atome non coordonné, ouverte à des exploits substantiels. 

Les matériaux à confinement quantique offrent une plateforme opérationnelle plus puissante, dans laquelle il suffit d'un peu de matériau pour faire le travail. Avec de tels matériaux, on obtient des dispositifs durables plus petits, plus légers, mais robustes et substantiellement efficaces, car les dimensions des matériaux quantiques sont trop petites (< 20 nm) pour permettre les processus micromécaniques de déformation et de fracture, ce qui améliore leur durée de vie. 

Le domaine des matériaux quantiques représente le domaine le moins exploré industriellement, mais le plus désiré des matériaux pour faire progresser la nanotechnologie aujourd'hui. Ils représentent également l'ensemble des matériaux les plus difficiles à fabriquer, sans parler du haut de gamme, pour répondre à la demande industrielle. NANOARC a surmonté l'obstacle et propose donc cette offre de matériaux de SixC à architecture atomiquement modifié et à confinement quantique pour l'amélioration des technologies de batteries de prochaine génération.

La taille des particules quantiques est importante

Une nanoparticule doit pouvoir interdire la formation de joints de grains. À une taille de 10 nm, seules une ou deux dislocations peuvent tenir à l’intérieur d’un grain. Dans la plupart des matériaux, cela signifie des nanoparticules bien inférieures à 10 nm, car à des tailles de nanoparticules plus grandes, des joints de grains secondaires commencent à émerger. Par exemple, dans des matériaux comme le SnOx, la taille critique pour l’émergence des joints de grains est de 7 nm.

Pourquoi cette taille est-elle critique ?

Les joints de grains sont des défauts bidimensionnels dans une structure cristalline qui tendent à diminuer la conductivité électrique et thermique d'un matériau. La plupart des joints de grains sont des sites préférentiels pour l'apparition de la corrosion.

Les joints de grains sont des frontières insurmontables pour les dislocations et le nombre de dislocations dans une nanoparticule affecte la façon dont le stress s'accumule dans le grain adjacent, activant finalement les sources de dislocation et permettant ainsi la déformation dans le grain voisin également.

En réduisant la taille des nanoparticules, on peut influencer le nombre de dislocations empilées à la limite du grain et augmenter sa limite d'élasticité, c'est-à-dire la contrainte maximale que la nanoparticule tolère avant que la déformation ne commence.

Un exemple de cette taille critique est donné par le SnOx, qui est le matériau d'anode le plus exploré pour les batteries. Avec un rayon de Bohr d'environ 2,7 nm, cela signifie que les SnOx à confinement quantique d'un diamètre inférieur à 5 nm conviendraient le mieux aux anodes à base de SnOx pour une résistance renforcée à la déformation/pulvérisation et une durée de vie de la batterie nettement plus longue.