La vie aujourd'hui dépend fortement de l'électricité. Cependant, la demande incessante d'électricité appelle des sources d'énergie de plus en plus vertes et « portables ». Bien que les éoliennes et les panneaux solaires soient des alternatives prometteuses, la fluctuation des niveaux de production en fonction de facteurs externes les rend peu fiables. Ainsi, du point de vue de l'allocation des ressources et de l'économie, les batteries secondaires à haute densité énergétique sont la voie à suivre. En synthétisant un nouveau matériau (un composé métallique) pour les électrodes qui facilitent l'inversion de la chimie des ions, un groupe de chercheurs dirigé par le professeur Idemoto de l'Université des sciences de Tokyo combat le gaspillage des sources d'énergie, en posant une base importante pour la production de batteries secondaires rechargeables au magnésium de nouvelle génération. Les chercheurs sont optimistes quant à cette découverte et déclarent, "Nous avons synthétisé un type de sel gemme qui a un excellent potentiel pour être utilisé comme matériau d'électrode positive pour les batteries secondaires de prochaine génération."

La source d'énergie portable la plus populaire, une batterie comprend trois composants de base :l'anode, la cathode, et l'électrolyte. Ceux-ci participent à un jeu de réactions chimiques par lequel l'anode produit des électrons supplémentaires (oxydation) qui sont absorbés par la cathode (réduction), résultant en un processus connu sous le nom de réaction redox. Parce que l'électrolyte inhibe le flux d'électrons entre l'anode et la cathode, les électrons circulent préférentiellement à travers un circuit externe, initiant ainsi un flux de courant ou « d'électricité ». Lorsque le matériau de la cathode/anode ne peut plus absorber/déverser des électrons, la batterie est réputée morte.

Cependant, certains matériaux permettent d'inverser la chimie, en utilisant l'électricité externe qui fonctionne dans la direction opposée, afin que les matériaux puissent revenir à leur état d'origine. Ces batteries rechargeables sont similaires à celles utilisées dans les appareils électroniques portables tels que les téléphones portables ou les tablettes.

Le professeur Idemoto et ses collègues de l'Université des sciences de Tokyo ont synthétisé du MgNiO substitué par du cobalt 2 , qui montre des résultats prometteurs en tant que nouvelle cathode. « Nous nous sommes concentrés sur les batteries secondaires au magnésium qui utilisent des ions magnésium polyvalents comme ions mobiles, " déclare le professeur Idemoto tout en soulignant leur étude et ses perspectives alléchantes "qui devraient avoir une densité d'énergie élevée dans les batteries secondaires de prochaine génération". la faible toxicité du magnésium et la facilité d'effectuer des réactions inverses ont suscité l'enthousiasme pour son utilisation comme matériau d'anode à haute densité énergétique, batteries rechargeables. Cependant, la réalisation de celle-ci reste difficile du fait de l'absence d'une cathode et d'un électrolyte complémentaires adaptés. C'est exactement ce que ces chercheurs visent à changer avec leurs recherches publiées dans la revue Chimie inorganique .

S'appuyant sur des techniques de laboratoire standard, les chercheurs ont synthétisé le nouveau sel en utilisant la méthode de « co-précipitation inverse ». De la solution aqueuse, ils pouvaient extraire le nouveau sel gemme. Pour étudier la structure ainsi que pour l'imagerie en réseau du sel extrait, ils ont utilisé de façon complémentaire la spectroscopie des rayons X neutronique et synchrotron. En d'autres termes, ils ont étudié les diagrammes de diffraction créés lorsque les échantillons de poudre ont été irradiés avec des neutrons ou des rayons X, résultant en des pics caractéristiques d'intensité à certaines positions. Simultanément, les chercheurs ont effectué des calculs théoriques et des simulations pour les types de sel gemme qui ont montré un possible "comportement de charge-décharge" nécessaire pour des matériaux de cathode appropriés. Cela leur a permis de déterminer l'arrangement de Mg, Non, et les cations Co dans la structure du sel gemme sur la base de la structure la plus énergétiquement stable parmi les 100 candidats symétriquement distincts générés.

Outre l'analyse structurelle, les chercheurs ont également effectué des tests de charge-décharge avec une cellule tripolaire et des électrodes de référence connues, sous plusieurs conditions, comprendre les propriétés électrochimiques du sel gemme en tant que matériau de cathode pour les batteries rechargeables au magnésium. Ils ont découvert qu'ils pouvaient manipuler les caractéristiques de la batterie en fonction de la composition en Mg et du rapport Ni/Co. These structural and electrochemical analyses allowed them to demonstrate the optimal composition for the rock salt as a cathode material, along with its reliability under different ambient conditions. Prof. Idemoto and the team are optimistic about the features of the synthesized rock salt, as they emphasize, "it has an excellent potential for use as the positive electrode material."

Maintenant, the secondary battery industry is dominated mainly by lithium ion batteries used for electricity storage, in vehicles and portable devices. There is, cependant, a cap on the energy density and storage of these batteries. But for Prof. Idemoto, limitations are merely opportunities, as he maintains, "Novel magnesium secondary batteries have the potential to surpass and replace lithium ion batteries as high-energy density secondary batteries through future research and development."

With such optimism surrounding the research, one can surely conclude that humans are charging into a tomorrow that is lit up by the science of today.