[News] Des oxydes tridimensionnels pour les batteries du futur

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Redbran
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[News] Des oxydes tridimensionnels pour les batteries du futur

Message par Redbran » 21/03/2017 - 0:00:20

Du 2D au 3D : des designs innovants favorisent le stockage dans les batteries Lithium-ion.

Depuis quelques années, les chercheurs ont découvert que certains matériaux d'électrodes positives bénéficiaient d'un "bonus" de capacité de stockage grâce à l'activité d'espèces anioniques en supplément de l'activité des cations. Cette activité n'avait jusqu’à maintenant été prouvée que pour une classe précise de matériaux, des oxydes lamellaires dotés d’une structure bidimensionnelle (en 2D), qui présentent des performances encore limitées. Des chercheurs du Laboratoirechimie du solide et énergie (CNRS/Collège de France/UPMC), en collaboration avec d’autres équipes(1), ont observé pour la première fois cette activité dans des oxydes de structure tridimensionnelle (3D) bien plus favorable à la capacité de stockage. La richesse de la famille des oxydes tridimensionnels ouvre ainsi de nouvelles opportunités dans la recherche de nouveaux matériaux à capacité exacerbée pour les batteries du futur. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Materials.

La technologie lithium-ion très présente dans notre société est actuellement utilisée dans les batteries rechargeables équipant les appareils électroniques de notre quotidien (smartphones, ordinateurs portables). C’est également la technologie la plus prometteuse en matière d’applications pour véhicules électriques. Cependant, elle souffre encore de limitations, notamment en matière de durée de vie, de sécurité et d’autonomie.

Pour améliorer les performances de ces batteries, les scientifiques testent de nouveaux matériaux d’électrodes positives (ou cathodes) qui pourraient permettre d’augmenter la quantité d’énergie contenue dans la batterie (ou capacité), via son électrode positive qui est actuellement le point faible de la batterie. Pour cela, la voie la plus explorée par les scientifiques est l’utilisation de matériaux « Li-rich » dont la composition chimique, enrichie en lithium, permet d’augmenter les capacités des cathodes. Ce phénomène a récemment été mis en évidence par les chercheurs du Laboratoire chimie du solide et énergie dans des oxydes d’iridium de structure bidimensionnelle lamellaire. Malgré leurs performances prometteuses, leur structure lamellaire est peu propice à la circulation du Li au cours de la décharge ce qui conduit à la destruction du matériau. En effet, la propagation est rendue difficile par le passage d’une lamelle à l’autre.

Pour contourner ce problème, les chercheurs se sont intéressés à une nouvelle phase où l’iridium est structuré non plus de façon lamellaire (2D) mais tridimensionnelle (3D), qui présente cette fois une structure continue.

LFigure 1 : Au sein de la phase ?-Li2IrO3, l’iridium (en bleu), l’oxygène (en rouge) et le lithium (en orange) sont ordonnés en une structure tridimensionnelle « en charpente ».
Cette nouvelle « charpente » autorise la circulation de tous les ions lithium sans effondrement de la structure et sans dégradation du matériau. Ils ont également observé une excellente réversibilité de la circulation des ions durant les cycles de charge/décharge de la batterie.

Figure 2 : Le lithium, présent dans le matériau à l’état déchargé (pristine), disparait complétement avec la charge du matériau, ce qui aboutit à la création d’une phase iridium/oxygène.
Des résultats qui permettent d’entrevoir les opportunités offertes par des nouveaux designs de matériaux d’électrodes à double capacité, à la fois anionique et cationique. Les chercheurs travaillent également sur le remplacement de l’iridium utilisé actuellement par des métaux plus abondants, comme le manganèse ou le titane. Une étape indispensable avant de pouvoir envisager des applications concrètes.

Note:
(1) Institut Charles Gerhardt (CNRS/Université de Montpellier), University of Antwerp (Groenenborgerlaan- Belgique), Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l’environnement et les matériaux (CNRS/Université de Pau).


Référence:
Paul E. Pearce, Arnaud J. Perez, Gwenaelle Rousse, Mathieu Saubanère, Dmitry Batuk, Dominique Foix, Eric McCalla, Artem M. Abakumov, Gustaaf Van Tendeloo, Marie-Liesse Doublet & Jean-Marie Tarascon
Evidence for anionic redox activity in a tridimensional-ordered Li-rich positive electrode ?-Li2IrO3
Nature Materials 27 février 2017
DOI: 10.1038/NMAT4864

Contact chercheur:
Jean-Marie Tarascon, Collège de France - Paris

Contacts institut:
Christophe Cartier dit Moulin, Stéphanie Younes

Source: CNRS-INC

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POB
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Re: [News] Des oxydes tridimensionnels pour les batteries du futur

Message par POB » 21/03/2017 - 11:48:32

C'est très intéressant au niveau de la recherche mais il y aurait un hic pour industrialiser un procédé de ce genre : la rareté et donc le coût prohibitif de l'iridium... avec en plus la densité énorme (22,5) de cet élément.
On ne le trouve pas facilement, principalement dans les minerais de platine en association avec l'osmium, le rhodium et le ruthénium, tous métaux très rares et horriblement coûteux.
Il me semble évident que d'autres progrès de la recherche seront indispensables pour remplacer l'iridium par un élément plus banal conférant aux oxydes complexes utilisés des propriétés analogues.
:bieres:
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cisou9
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Re: [News] Des oxydes tridimensionnels pour les batteries du futur

Message par cisou9 » 21/03/2017 - 16:56:12

_______________ :_salut:
C'est exactement ce qui est dit dans le texte :
Les chercheurs travaillent également sur le remplacement de l’iridium utilisé actuellement par des métaux plus abondants, comme le manganèse ou le titane. Une étape indispensable avant de pouvoir envisager des applications concrètes.
___________________ :bieres: _______________
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