Piles rechargeables au magnésium (MRB), où le métal Mg à haute capacité est utilisé comme matériau d'anode, sont des candidats prometteurs pour les batteries de nouvelle génération en raison de leur densité énergétique, sécurité, et le coût. Cependant, le manque de matériaux cathodiques performants freine leur développement.

Comme leurs homologues lithium-ion, les oxydes de métaux de transition sont les matériaux cathodiques de base dans les MRB. Or la diffusion lente des ions Mg à l'intérieur des oxydes pose un sérieux problème. Pour surmonter cela, certains chercheurs ont exploré les matériaux à base de soufre. Mais les cathodes à base de soufre pour les MRB ont de sérieuses limitations :faible conductivité électronique, diffusion lente du Mg dans les composés solides du Mg-S, et la dissolubilité des polysulfures dans les électrolytes, ce qui se traduit par une faible capacité de débit et une mauvaise cyclabilité.

Maintenant, une équipe de recherche qui comprenait le Dr Shimokawa de l'Université du Tohoku et le professeur Ichitsubo a développé des cathodes composites soufre liquide/sulfure permettant des batteries au magnésium à haut débit. Leur article a été publié dans le Journal de la chimie des matériaux A .

Les matériaux composites soufre liquide/sulfure peuvent être fabriqués spontanément par oxydation électrochimique de sulfures métalliques, comme le sulfure de fer, dans un électrolyte liquide ionique à 150. Le matériau composite a montré des performances élevées en capacité, potentiel, cyclabilité, et capacité de taux.

Les chercheurs ont atteint une capacité de décharge d'environ 900 mAh/g à une densité de courant élevée de 1246 mA/g sur la base de la masse de soufre actif. En outre, ils ont révélé que le potentiel de décharge était amélioré en utilisant du soufre hors d'équilibre formé par des processus de charge rapide.

Ce matériau a permis une performance cathodique stable à 150 pendant plus de 50 cycles. Une cyclabilité aussi élevée pourrait être attribuée aux points suivants :forte réversibilité structurelle de la matière active à l'état liquide, faible solubilité des polysulfures dans l'électrolyte liquide ionique, et un taux d'utilisation élevé du soufre en raison de son adhérence aux particules de sulfure conductrices qui forment une morphologie poreuse lors de la synthèse des matériaux composites.

Malgré les progrès des chercheurs, plusieurs problèmes subsistent. "Nous avons besoin d'électrolytes compatibles avec les matériaux de cathode et d'anode car le liquide ionique utilisé dans ce travail passive l'anode en métal Mg, " dit Shimokawa. " A l'avenir, il est important de développer de nouveaux électrolytes électrochimiquement stables pour rendre les MRB plus pratiques pour une utilisation généralisée. »

Bien que les MRB soient encore en phase de développement, l'équipe de recherche espère que leurs travaux fourniront une nouvelle façon d'utiliser le soufre liquide comme matériaux cathodiques à haut débit pour les MRB. « Cela stimulerait l'amélioration des matériaux à base de soufre pour la réalisation de batteries hautes performances de nouvelle génération, " a ajouté Shimokawa.