Une électrode fonctionnelle pour les futures batteries magnésium-ion

Une équipe de l'Iramis teste avec succès l'alliage InSb comme matériau d'électrode négative pour les batteries magnésium-ion. À terme, celles-ci pourraient bénéficier à moindre coût d'une capacité volumique supérieure à celle des batteries lithium-ion.

Les batteries magnésium-ion apparaissent comme une alternative potentielle aux batteries lithium-ion car leur capacité de stockage volumétrique pourrait être près de deux fois plus élevée - Mg2+ étant porteur d'une double charge et Li+ d'une seule - et le magnésium est beaucoup plus abondant sur Terre que le lithium.

Comme Li+ dans un accumulateur lithium-ion, l'ion Mg2+ est échangé entre une électrode positive et une électrode négative, idéalement du magnésium métal, via une solution d'électrolyte. Or les électrolytes forment au contact du métal Mg une couche de passivation qui bloque la recharge.

Des chercheurs de l'Iramis proposent de remplacer le magnésium par un alliage inerte vis-à-vis de l'électrolyte et capable d'accueillir Mg. Leur choix s'est porté sur l'antimoniure d'indium (InSb) parce que d'une part, l'antimoine présente en principe une bonne capacité électrique et d'autre part, le magnésium ne se lie que faiblement à un alliage d'indium et peut donc être relâché plus facilement au cours de la charge de l'accumulateur.

Une électrode InSb, fabriquée par mécano-synthèse, a été caractérisée par des mesures électrochimiques, associées à des analyses par diffraction de rayons X. Alors que l'antimoine n'est pas activé sur le plan électrochimique dans une électrode en Sb pur, les expériences montrent qu'il l'est au sein de l'alliage InSb, comme en témoigne la formation partiellement réversible du composé Mg3Sb2 pendant la décharge, capable de relâcher des ions Mg2+ au cours de la charge.

À partir du second cycle de charge et décharge, la capacité de l'accumulateur atteint 300 mAh.g-1, valeur à laquelle Mg3Sb2 contribue à hauteur de 10-20 %, et reste ensuite stable au cours de 40 cycles, sans passivation de l'électrode.

Références

Unexpected behavior of the InSb alloy in Mg-Ion batteries: unlocking the reversibility of Sb, The Journal of Physical Chemistry