Un groupe de recherche, utilisant des éléments peu coûteux, a démontré la faisabilité de la synthèse de matériaux d'électrodes pour batteries lithium-ion (LIB). Si elle est explorée plus avant, cette méthode pourrait réduire la dépendance industrielle à l'égard des métaux rares tels que le cobalt et le nickel.

Les détails de leurs résultats ont été publiés dans ACS Applied Energy Materials le 11 avril 2022.

Les métaux rares sont largement utilisés car ils forment une structure cristalline appropriée pour le composant clé des LIB - les matériaux de cathode. Dans ces matériaux, le lithium est facilement et réversiblement extrait/inséré.

Les scientifiques ont longtemps cherché des moyens d'incorporer d'autres éléments peu coûteux dans la structure cristalline. Pourtant, tout comme seule une certaine quantité de sel se dissout dans l'eau, la solubilité des autres éléments est limitée.

Le groupe de recherche, dirigé par le professeur Tetsu Ichitsubo de l'Institut de recherche sur les matériaux (IMR) de l'Université de Tohoku, a utilisé une stratégie différente. Exploitant le gain d'énergie de "l'entropie de configuration" - l'état aléatoire d'un matériau - ils ont élargi la solubilité des éléments constitutifs, synthétisant de nouveaux matériaux d'électrode de composition :LiCr_1/4 Mn_1/4 Co_1/4 Ni_1/4 O₂ et LiCr_1/5 Mn_1/5 Fe_1/5 Co_1/5 Ni_1/5 O₂ . Cela a considérablement réduit l'utilisation de cobalt et de nickel.

"Notre approche libère le potentiel d'autres éléments inutilisés et nous permettra d'optimiser simultanément plusieurs propriétés d'électrodes grâce à des conceptions de matériaux flexibles", déclare Ichitsubo.

Les matériaux synthétisés par la nouvelle méthode peuvent également améliorer la sécurité des LIB. Tomoya Kawaguchi, professeur adjoint à l'IMR et auteur correspondant de l'article, déclare :"L'augmentation de l'entropie configurationnelle augmente également théoriquement la stabilisation du matériau d'électrode, contribuant à la sécurité de l'ensemble de la batterie."

Ichitsubo et son groupe ont également clarifié les mécanismes de dégradation affectant le cycle de la batterie avec ces nouveaux matériaux. Cela servira de ligne directrice pour le développement de nouveaux matériaux hautes performances utilisant la stratégie à haute entropie.

Alors que la cyclabilité et la capacité ne correspondaient pas aux LIB conventionnels à l'heure actuelle, la capacité de synthétiser de nouveaux matériaux d'électrode ouvre de nouvelles voies de recherche sur les LIB. + Explorer plus loin

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