Les scientifiques du Skoltech Center for Energy Science and Technology ont développé une approche enrichie et évolutive pour augmenter la capacité d’une large gamme de matériaux de cathode de batterie métal-ion.
Ces résultats, publiés dans Journal de chimie des matériaux A, peut être utile pour développer une nouvelle génération de dispositifs de stockage d’énergie rechargeables avancés.
Crédit d’image: Skoltech
La création de batteries lithium-ion modernes est devenue possible grâce à plusieurs percées scientifiques. L’un d’eux, réalisé par un lauréat du prix Nobel John B. Goodenough, était le développement de matériaux de cathode contenant des ions lithium extractibles de manière réversible. La mise en œuvre de ces matériaux a permis d’éviter les anodes dangereuses, telles que le lithium métal. Cependant, des problèmes tels qu’une capacité limitée, une stabilité de cyclage modérée, un faible taux de charge-décharge, des problèmes de respect de l’environnement, etc., devaient encore être résolus.
Au fil des décennies, les chercheurs ont déployé d’énormes efforts pour développer de meilleurs matériaux pour batteries. En conséquence, divers matériaux de cathode aux propriétés attractives ont été proposés. Cependant, les batteries qui reposent sur ces matériaux ne peuvent souvent atteindre leur pleine densité d’énergie que lorsqu’elles contiennent des anodes dangereuses et hautement réactives avec des cations extractibles. Elle est causée par le manque d’ions métalliques mobiles dans les cathodes. Ce problème entraîne une capacité limitée et, dans de nombreux cas, complique la mise en œuvre pratique de documents par ailleurs attrayants.
L’étudiant au doctorat de Skoltech, Roman Kapaev, sous la supervision du professeur Keith Stevenson, a montré comment ce problème peut être résolu pour une large gamme de matériaux. Il a été proposé de traiter les cathodes avec des solutions d’agents réducteurs, qui sont des sels de métaux alcalins dérivés de composés aromatiques, par exemple le naphtalène ou la phénazine.
Un avantage important de l’approche est son évolutivité. Le processus ne nécessite aucune condition sophistiquée et est relativement sûr. De plus, les agents réducteurs peuvent être recyclés après avoir réagi avec les cathodes car leur chimie redox est réversible. Ces caractéristiques rendent la méthode prometteuse pour les applications à grande échelle.
Cette approche convient à un large éventail de matériaux de batterie organiques et inorganiques. De plus, il s’est avéré applicable non seulement pour les batteries lithium-ion, mais aussi pour les batteries sodium et potassium-ion, qui sont des dispositifs de stockage d’énergie potentiellement plus durables et moins coûteux. Il était possible de contrôler la teneur en ions métalliques dans les cathodes en ajustant la quantité d’agents réducteurs ou leurs potentiels d’oxydation.
«L’approche peut servir de boîte à outils puissante, qui peut être utilisée pour améliorer les performances de divers matériaux de batterie», – dit Roman Kapaev, – «C’est aussi une méthode simple et peu coûteuse avec des réactifs recyclables, nous pensons donc qu’elle est appropriée pour des applications pratiques à grande échelle ».
La source: Skoltech
