Du magnésium pour booster les batteries au lithium
De plus en plus utilisées par les nouvelles technologies (smartphones, tablettes, …), les batteries « Li-ion » s’avèrent aussi de plus en plus gourmandes en ressources pour fonctionner. Une solution consiste au développement de batteries Li-ion organiques, plus vertes. Des chercheurs nantais de l’Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN, Université de Nantes/CNRS) et du Laboratoire de Glycochimie, des Antimicrobiens et des Agroressources (LG2A, Université de Picardie Jules Verne/CNRS) ont découvert un moyen inédit d’augmenter l’énergie de ces batteries Li-ion organiques grâce à l’ajout de magnésium. Ces résultats, publiés dans Nature Communications, pourraient permettre le développement de nouvelles batteries à faible impact environnemental et plus compétitive par rapport aux batteries Li-ion actuelles.
Les batteries Li-ion actuellement commercialisées sont en passe d’envahir le domaine des transports après avoir conquis celui de l’alimentation des systèmes électroniques nomades (téléphonie mobile, tablettes, …) compte tenu de leurs fortes performances électriques. Les besoins en termes de stockage de l’électricité sont sans cesse revus à la hausse en parallèle de l’augmentation du nombre d’utilisateurs et des applications.
Ces perspectives de déploiements massifs font pourtant apparaître un revers écologique car leur fonctionnement repose sur l’utilisation de matériaux d’électrode inorganiques (principalement des métaux comme le cobalt ou le nickel), coûteux, difficilement recyclables et non renouvelables par nature.
Une alternative prometteuse
L’utilisation de matériaux d’électrodes organiques présente plusieurs atouts : constitués d’éléments naturellement abondants (carbone, hydrogène, oxygène, azote ou encore soufre), les composés organiques peuvent être préparés au moyen d’une chimie de synthèse faiblement énergivore intégrant potentiellement des réactifs biosourcés. Leur schéma de recyclage peut être aussi grandement simplifié et ne consister qu’en une simple destruction par combustion.
Cependant, aujourd’hui, une des difficultés réside dans l’obtention de matériaux organiques lithiés capables de fonctionner à haut potentiel rédox pour application en tant qu’électrode positive dans une batterie Li-ion et s’approcher ainsi des performances des matériaux classiques inorganiques.
Mg(Li2)-p-DHT pour (2,5-dilithium-oxy)-téréphtalate de magnésium
Li2(Li2)-p-DHT pour (2,5-dilithium-oxy)-téréphtalate de dilithium
© Philippe Poizot
L’ion magnésium pour gagner en énergie
Des chercheurs de l’Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN, Université de Nantes/CNRS) et du Laboratoire de Glycochimie, des Antimicrobiens et des Agroressources (LG2A, Université de Picardie Jules Verne/CNRS) ont découvert un moyen inédit pour atteindre cet objectif en associant du magnésium – élément abondant et non toxique – dans la structure d’un matériau organique éco-conçu précédemment identifié.
L’ion magnésium perturbe notablement la structure électronique de l’entité organique avec pour conséquence un gain en potentiel de près de 800 mV permettant de rivaliser avec le composé LiFePO4 (un composé phare des batteries Li-ion du moment).
Ce matériau innovant étant par ailleurs doté d’une fonctionnalité rédox duale, il a pu être utilisé à la fois comme électrode positive et négative dans une batterie Li-ion capable de délivrer une tension moyenne en fonctionnement de 2,5 Volts.
Référence
Alia Jouhara, Nicolas Dupré, Anne-Claire Gaillot, Dominique Guyomard, Franck Dolhem, Philippe Poizot
Raising the Redox Potential in Carboxyphenolate-Based Positive Organic Materials via Cation Substitution
Nature Communications – Octobre 2018
DOI: 10.1038/s41467-018-06708-x