Des chercheurs de l'Université du Tohoku ont développé un nouveau matériau cathodique pour les batteries rechargeables au magnésium, permettant une charge et une décharge efficaces à basse température. Cette percée, utilisant une structure améliorée de sel gemme et une stratégie à haute entropie, surmonte les défis antérieurs en matière de diffusion et de transport du magnésium.
Les scientifiques de l'Université du Tohoku ont réalisé une avancée significative dans la technologie des batteries en créant un nouveau matériau cathodique pour les batteries rechargeables au magnésium (RMB). Ce matériau facilite des processus de charge et de décharge efficaces, même dans des environnements froids. En utilisant une structure améliorée de sel gemme, ce matériau pionnier est sur le point de révolutionner les options de stockage d’énergie, les rendant plus rentables, plus sûres et de plus grande capacité.
Les détails des résultats ont été publiés dans le Journal de chimie des matériaux A le 15 mars 2024.
L’étude met en évidence une amélioration considérable de la diffusion du magnésium (Mg) au sein d’une structure de sel gemme, une avancée cruciale puisque la densité des atomes dans cette configuration avait auparavant entravé la migration du Mg. En introduisant un mélange stratégique de sept éléments métalliques différents, l’équipe de recherche a créé une structure cristalline abondante en lacunes cationiques stables, facilitant ainsi l’insertion et l’extraction du magnésium.
Il s’agit de la première utilisation d’oxyde de sel gemme comme matériau cathodique pour les RMB. La stratégie à haute entropie utilisée par les chercheurs a permis aux défauts cationiques d’activer la cathode d’oxyde de sel gemme.
Surmonter les limites du RMB
Le développement répond également à une limitation clé des RMB : la difficulté du transport du magnésium dans les matériaux solides. Jusqu’à présent, des températures élevées étaient nécessaires pour améliorer la mobilité du magnésium dans les matériaux cathodiques conventionnels, tels que ceux à structure spinelle. Cependant, le matériau dévoilé par les chercheurs de l’Université du Tohoku fonctionne efficacement à seulement 90°C, démontrant une réduction significative de la température de fonctionnement requise.
Le présent matériau contient de nombreux éléments métalliques sous forme de cations grâce à l'effet de l'entropie configurationnelle élevée. Crédit : Université du Tohoku
Tomoya Kawaguchi, professeur à l'Institut de recherche sur les matériaux (IMR) de l'Université de Tohoku, note les implications plus larges de l'étude. « Le lithium est rare et inégalement réparti, tandis que le magnésium est disponible en abondance, offrant une alternative plus durable et plus rentable aux batteries lithium-ion. Les batteries au magnésium, dotées du nouveau matériau cathodique, sont sur le point de jouer un rôle central dans diverses applications, notamment le stockage sur réseau, les véhicules électriques et les appareils électroniques portables, contribuant ainsi à la transition mondiale vers les énergies renouvelables et à la réduction de l'empreinte carbone.
Kawaguchi a collaboré avec Tetsu Ichitsubo, également professeur à l'IMR, qui déclare : « En exploitant les avantages intrinsèques du magnésium et en surmontant les limitations matérielles précédentes, cette recherche ouvre la voie à la prochaine génération de batteries, promettant des impacts significatifs sur la technologie, l'environnement, et la société. »
En fin de compte, cette avancée constitue une avancée majeure dans la recherche de solutions de stockage d’énergie efficaces et respectueuses de l’environnement.
