Il existe actuellement une forte demande pour remplacer les électrolytes liquides organiques utilisés dans les batteries rechargeables classiques, avec des conducteurs ioniques à semi-conducteurs qui permettront aux batteries d'être plus sûres et d'avoir une densité énergétique plus élevée.

À cette fin, beaucoup d'efforts ont été consacrés à la recherche de matériaux ayant des conductivités ioniques supérieures. Parmi les plus prometteurs, sont des conducteurs ioniques à l'état solide qui contiennent des polyanions tels que B 12 H 12 ^2- (Fig. 1a). Ils constituent une classe particulière de matériaux en raison de leur comportement de transport unique, qui a les polyanions tournant à une température élevée, favorisant ainsi grandement les conductivités cationiques.

Cependant, un inconvénient majeur est la température élevée (=énergie) nécessaire pour activer la rotation, ce qui à l'inverse signifie de faibles conductivités à température ambiante.

Pour résoudre ce problème, un groupe de recherche à l'Université du Tohoku, dirigé par le professeur agrégé Shigeyuki Takagi et le professeur Shin-ichi Orimo, a établi un nouveau principe pour la conduction superionique à température ambiante. Ses conclusions ont été publiées récemment dans Lettres de physique appliquée .

Le groupe de recherche a pu réduire la température d'activation en utilisant des complexes d'hydrure de métal de transition comme nouvelle classe de polyanions rotatifs, où l'hydrogène est la seule espèce de ligand, liaison covalente à des métaux de transition uniques. Contrairement à B 12 H 12 ^2- polyanions (Fig. 1a), la rotation des complexes d'hydrures de métaux de transition ne nécessite que des déplacements d'hydrogène hautement mobile (Figs. 1b, 1c) et on peut donc s'attendre à ce qu'elle se produise avec une faible énergie d'activation.

Le groupe a ensuite étudié la dynamique des complexes d'hydrures de métaux de transition dans plusieurs hydrures existants, et les a trouvés réorientés - comme s'ils tournaient en répétant de petites déformations (Fig. 2) - même à température ambiante.

Ce type de mouvement est connu sous le nom de "pseudorotation, " et est rarement observé dans la matière solide. En raison des petits déplacements des atomes d'hydrogène, l'énergie d'activation de la pseudorotation est relativement faible - plus de 40 fois inférieure à ce qui serait nécessaire pour la rotation de B 12 H 12 ^2- .

En raison d'une conduction cationique favorisée à partir d'une région de basse température par pseudorotation, la conductivité des ions lithium dans Li 5 Ministère de la Santé 11 contenant du MoH 9 ^3- (Fig. 1b), par exemple, peut atteindre 79 mS cm ^-1 à température ambiante (Fig. 3). C'est plus de trois fois le record mondial de conductivité des ions lithium à température ambiante rapporté jusqu'à présent. Cela suggère qu'une batterie lithium-ion tout solide avec un temps de charge plus court à température ambiante peut être réalisée.

Le mécanisme découvert est assez général et serait utile pour abaisser la température requise pour activer la rotation des polyanions. Cela peut contribuer positivement à trouver des compositions qui se prêtent aux conducteurs superioniques à température ambiante.