Les anions et les cations dans les DIB agissent comme le vacher et la tisserande. Crédit :TANG Yongbing
batteries à double ion (DIB), dans laquelle à la fois des cations et des anions sont impliqués dans la réaction redox électrochimique, constituent un candidat prometteur pour répondre aux exigences de faible coût des applications commerciales. Par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles (LIB), ils ont des avantages comme une tension de travail élevée, excellente sécurité, et le respect de l'environnement.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Tang Yongbing et le Dr Zhou Xiaolong des Instituts de technologie avancée de Shenzhen (SIAT) de l'Académie chinoise des sciences, ainsi que d'autres collaborateurs, ont publié conjointement un article de synthèse invité intitulé « Beyond Conventional Batteries:Strategies to Low- Coût des batteries double ion à haute performance" en Angewandte Chemie .
Les DIB ont attiré l'attention du monde entier pour leur tension de fonctionnement élevée, à bas prix, facilité de recyclage, et à faible impact environnemental, etc. Cependant, en raison de la densité de compactage du graphite et de la limitation de la capacité théorique, la structure traditionnelle à double carbone des DIB a une faible densité énergétique.
En 2016, Le groupe du professeur TANG a conçu un nouveau DIB en aluminium-graphite qui a réalisé l'idée d'intégrer les électrodes. Il a utilisé du papier d'aluminium, qui est bon marché et respectueux de l'environnement, comme matériau actif de cathode et collecteur de courant en même temps, et du graphite comme matériau d'anode pour construire un nouveau système DIB aluminium-graphite à haute efficacité et à faible coût.
Les différences entre les LIB (a) et les DIB (b). Crédit :TANG Yongbing
L'anion et la cathode sont comme le vacher et la tisserande, deux amants dans un conte de fées chinois, qui ne peut se rencontrer qu'une fois par an sur un pont de pie dans le ciel :Les deux amoureux sont séparés par la vaste Voie Lactée (électrolytes), mais avec l'aide du pont de pie (canal ionique), ils se rencontrent (décharge), puis retournent à leur place (payant). Ce cycle se répète continuellement.
Les principales différences entre les DIB et les LIB peuvent être résumées comme suit :L'anion s'intercale dans la cathode pendant la charge, ce qui conduit à la fois à un mécanisme de stockage d'énergie électrochimique différent et à une tension de fonctionnement élevée. Puisque les anions proviennent des électrolytes, les électrolytes sont également considérés comme des matières actives dans les DIB; donc, dans le processus de charge-décharge, les anions et les cations sont séparés et réunis dans l'électrolyte.
L'équipe a également étendu la nouvelle idée de conception intégrée à l'abondant système de batterie métal-ion alcalin (alcalin-terre). Ils ont développé avec succès un DIB à base de sodium respectueux de l'environnement et à faible coût - le DIB à base d'ions potassium - et la batterie calcium-ion à haute tension de fonctionnement à température ambiante, jetant ainsi une base très solide pour l'application industrielle d'une telle technologie intégrée.
