Une électrode fonctionnelle pour les futures batteries magnésium-ion

Publié par Redbran le 27/03/2019 à 14:00
Source: CEA

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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 accumulateurs à base de lithium utilisent des technologie en cours de mise au point, présentant un très important potentiel électrochimique. On distingue la technologie Lithium métal où l'électrode négative...).

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 (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) et Li+ d'une seule - et le magnésium (Le magnésium est un élément chimique, de symbole Mg et de numéro atomique 12.) est beaucoup plus abondant sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...) que le lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.).

Comme Li+ dans un accumulateur lithium-ion, l'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν...) Mg2+ est échangé entre une électrode positive et une électrode négative, idéalement du magnésium métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques...), 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 (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.) vis-à-vis de l'électrolyte et capable d'accueillir Mg. Leur choix s'est porté sur l'antimoniure d'indium (L'indium est un élément chimique, de symbole In et de numéro atomique 49. C'est un métal gris brillant, à bas point de fusion (156 °C), résistant à la corrosion atmosphérique. Ce métal...) (InSb) parce que d'une part, l'antimoine (L'antimoine est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole Sb (par abréviation du latin stibi ou stibium, du grec ancien στίϐι) et de numéro atomique 51.) présente en principe une bonne capacité électrique (La capacité représente la quantité de charge électrique stockée pour un potentiel électrique donné. Elle est définie comme étant la somme des charges électriques...) 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 (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une...) 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 (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) 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
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