Thomas Scherer

Batteries : le magnésium est-il plus sûr que le lithium ?

20 septembre 2017, 11:52
Évolution structurelle du disulfure de titane pour différentes étapes d'intercalation. L'expansion de la couche intercalaire résulte de la distorsion engendrée par les colonnes organiques. Source : illustration aimablement fournie par l'université de Houston (Texas)
Évolution structurelle du disulfure de titane pour différentes étapes d'intercalation. L'expansion de la couche intercalaire résulte de la distorsion engendrée par les colonnes organiques. Source : illustration aimablement fournie par l'université de Houston (Texas)
Les chercheurs de l'université de Houston ont fait une percée importante dans le développement d'une batterie à base de magnésium bien plus sûre que son homologue au lithium. Jusqu'à maintenant, le magnésium accusait un fort déficit de densité d'énergie par rapport au lithium, mais en mettant au point un nouveau matériau de cathode, les chercheurs ont réussi à atteindre une capacité de 400 mAh/g, soit deux fois plus que les batteries au lithium.

L'équipe de recherche a publié sa découverte dans le journal Nature Communications. Le Dr Yao et son équipe ont réussi à concevoir une nouvelle cathode qui augmente considérablement la densité d'énergie de la batterie. Selon le docteur Hyun Yoo, membre de l'équipe et co-auteur de l'article, il était généralement admis qu'il fallait casser la liaison du chlorure de magnésium avant l'insertion du magnésium dans le matériau hôte. La nouvelle batterie stocke l'énergie par insertion directe d'ions monochlorure de magnésium (MgCl-) dans le matériau hôte, par exemple du disulfure de titane (TiS2). La diffusion s'en trouve nettement plus étendue que dans les architectures conçues jusqu'alors.

Les chercheurs ont ainsi réalisé une capacité spécifique de 400 mAh/g, soit quatre fois plus que les meilleures architectures à ce jour. Pour mémoire, les batteries lithium-ion ne font pas mieux que 200 mAh/g. La tension de la cellule au magnésium n'est cependant que de 1 V, ce qui est notablement moins que le lithium. Le magnésium est un matériau plus abondant et par conséquent moins cher que le lithium et n'est pas sujet à la croissance dendritique qui crée les problèmes d'instabilité que l'on connaît avec les batteries au lithium.

L'astuce utilisée avec la nouvelle cathode consiste à dilater le disulfure de titane avant d'introduire le chlorure de magnésium plutôt que de casser les liaisons du chlorure de magnésium et de stocker seulement les atomes métalliques de magnésium. Le maintien de la liaison MgCl double la charge de la cathode. Les chercheurs ont créé une nanostructure ouverte en augmentant de 300 % l'espace intersticiel entre les plans de disulfure de titane au moyen de colonnes organiques. En atteignant 1,8 nm, cet espace a permis d'insérer le chlorure de magnésium.

 
Chargement des commentaires
articles apparentés