Piles salines et alcalines parmi les plus courantes.
Les batteries magnésium-ion apparaissent comme une alternative potentielle aux batteries lithium-ion avec deux avantages : leur capacité de stockage volumétrique pourrait être près de deux fois plus élevée - Mg2+ étant porteur d'une double charge et Li+ d'une seule - et le magnésium est beaucoup plus abondant sur Terre que le lithium.
Comme Li+ dans un accumulateur lithium-ion, l'ion Mg2+ est échangé entre une cathode et une anode, idéalement du magnésium métal, via un électrolyte. Or les électrolytes utilisés forment au contact du métal Mg une couche de passivation qui limite le nombre de cycle de recharge.
Des chercheurs de l'Iramis proposent de remplacer le magnésium de l'électrode par un alliage inerte vis-à-vis de l'électrolyte et capable d'accueillir les ions Mg2+ grâce à des effets d'alliage. Après avoir étudié le composé In-Sb, ils ont choisi d'évaluer l'intérêt de In-Pb.
Dans un premier temps, ils observent que la synthèse du matériau d'électrode In-Pb influence fortement sa réactivité. Fabriqué par mécano-synthèse, In-Pb ne réagit pas avec les ions Mg2+. En revanche, avec un ajout de carbone lors du broyage, la taille des particules d'In-Pb diminue d'un facteur 20 à 40 (pour atteindre ~ 10 µm), ce qui les rend électrochimiquement actives.
Les analyses électrochimiques et structurales par diffraction de rayons X montrent la formation du composé Mg2Pb. La capacité électrique obtenue par l'insertion de Mg (calculée à partir de la courbe électrochimique) dépasse alors ce qui peut être stocké dans cette seule phase cristalline Mg2Pb, ce qui implique l'existence d'une phase MgIn sous forme amorphe.
L'étude électrochimique montre que le couplage entre In et Pb apporte un réel avantage pour le premier cycle de charge, où une capacité de 488 mAhg-1 a pu être atteinte - bien supérieure à celles obtenues pour In et Pb seuls - grâce à la formation partiellement réversible de Mg2Pb. Mais à partir de quelques cycles, la capacité se stabilise à environ 300 mAh/g, du même ordre que celle obtenue pour InSb.
Une compréhension plus fine des réactions chimiques est maintenant nécessaire, notamment pour déterminer si une meilleure maîtrise de la présence de MgIn sous forme amorphe permettrait d'améliorer le nombre de cycles de charge-décharge, tout en conservant la forte capacité électrique initiale.
Références:
- Electrochemical reactivity of In-Pb solid solution as a negative electrode for rechargeable Mg-ion batteries, Journal of Energy Chemistry
- Magnesium batteries: Current picture and missing pieces of the puzzle, Journal of Power Sources
- Unexpected behavior of the InSb alloy in Mg-Ion batteries: unlocking the reversibility of Sb, The Journal of Physical Chemistry C
Source: CEA