Batteries sans matières premières critiques
Le groupe de recherche berlinois "operando battery analysis" a mis au point une nouvelle chimie des cellules.
Le marché des batteries rechargeables est en pleine croissance, mais les matières premières nécessaires sont limitées. Les batteries sodium-ion, par exemple, pourraient offrir une alternative. Un groupe de recherche conjoint du HZB et de la Humboldt-Universität zu Berlin a étudié de nouvelles combinaisons de solutions d'électrolyte et de matériaux d'électrode à cet effet.
Grâce aux techniques operando, il est possible d'observer comment les ions solvatés s'incrustent dans les électrodes des batteries. Cela pourrait aider à développer des batteries alternatives.
© G. A. Ferrero
"Contrairement aux batteries lithium-ion, qui reposent sur le stockage d'ions lithium dans les électrodes positives et négatives de la batterie, nous travaillons d'une part avec des ions sodium, car ils sont également présents dans le sel de table bon marché. D'autre part, nous stockons les ions sodium avec leur enveloppe de solvate, c'est-à-dire des molécules de solvant de la solution d'électrolyte qui séparent les deux électrodes. Cela permet de réaliser des réactions de stockage totalement nouvelles", explique le professeur Philipp Adelhelm, qui dirige le groupe de recherche "analyse de batterie operando", fondé conjointement par l'université Humboldt et le Helmholtz-Zentrum Berlin en 2020.
Le stockage des ions lorsqu'ils sont accompagnés de leur coquille de solvatation dans un réseau cristallin est appelé co-intercalation. Jusqu'à présent, ce concept était limité à l'électrode négative de la batterie sodium-ion. Aujourd'hui, les chercheurs d'Adelhelm ont réussi à étendre ce concept à l'électrode positive de la batterie. Le Dr Guillermo A. Ferrero, premier auteur de la publication, explique : "Avec le disulfure de titane et le graphite, nous avons pour la première fois combiné deux matériaux qui absorbent et libèrent le même solvant pendant la charge et la décharge de la batterie". Les scientifiques ont pu observer les changements dans le matériau pendant la charge et la décharge grâce à des mesures operando effectuées au X-Ray Core Lab de HZB sur le LIMAX 160. Ils ont ainsi pu déterminer le mécanisme de co-intercalation à l'intérieur de la batterie. Ils ont ensuite pu utiliser ces nouvelles connaissances pour réaliser une batterie avec deux électrodes qui reposent toutes deux sur la co-intercalation réversible des molécules de solvant.
"Nous n'en sommes encore qu'aux premiers stades de la compréhension des implications des batteries à co-intercalation. Mais nous pouvons envisager quelques avantages possibles", explique le Dr Katherine A. Mazzio, du HZB : Le processus de co-intercalation pourrait améliorer l'efficacité en permettant une meilleure performance à basse température. Il pourrait également être utilisé pour améliorer d'autres concepts de piles, comme l'utilisation d'ions multivalents au lieu du stockage de Li+ ou de Na+ qui sont particulièrement sensibles à la coquille de solvatation".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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