Imaginez un monde où les véhicules électriques parcourent de plus longues distances sans le fardeau de matériaux coûteux. Une avancée des chercheurs du MIT nous rapproche de cette vision. Le 7 octobre 2024, une équipe dirigée par le professeur Ju Li a dévoilé une nouvelle classe de matériau cathodique pour batteries lithium-ion, connue sous le nom de spinelle polyanionique désordonnée (DRXPS). Ce matériau innovant combine les forces de deux types de cathodes existants, offrant une densité d'énergie élevée et une stabilité de cycle remarquable.
Comme l'explique Yimeng Huang, un chercheur postdoctoral impliqué dans l'étude : « Il y a généralement un compromis dans les matériaux cathodiques entre la densité d'énergie et la stabilité de cycle... avec ce travail, nous visons à repousser les limites en concevant de nouvelles chimies de cathodes. » En intégrant le sel rocheux avec l'olivine polyanionique, le DRXPS atteint un équilibre qui pourrait révolutionner la technologie des batteries.
Un des avantages les plus significatifs du DRXPS réside dans son principal composant : le manganèse. Contrairement au nickel et au cobalt, qui sont coûteux et rares, le manganèse est abondant et beaucoup moins cher - au moins cinq fois moins cher que le nickel et environ 30 fois moins que le cobalt. Le professeur Li souligne : « Avoir ce matériau beaucoup plus abondant sur Terre est un avantage énorme. » Cette accessibilité est cruciale alors que le monde se dirige vers des sources d'énergie renouvelables.
Avec le besoin pressant de solutions de stockage d'énergie efficaces pour les véhicules électriques et les systèmes d'énergie renouvelable, les implications de cette découverte sont vastes. Le DRXPS pourrait aider à résoudre les problèmes d'intermittence de l'énergie éolienne et solaire en stockant l'excès d'énergie pour une utilisation pendant les périodes de faible génération. « Si nous voulons avoir une véritable électrification de la génération d'énergie, des transports, et plus encore, nous avons besoin de batteries abondantes sur Terre », affirme Li.
L'étude aborde également un défi majeur dans l'utilisation des cathodes en sel rocheux désordonné : la mobilité de l'oxygène, qui peut entraîner la dégradation du matériau. En introduisant du phosphore, les chercheurs stabilisent efficacement l'oxygène, améliorant la longévité et les performances des batteries. « L'innovation principale ici... est que Yimeng a ajouté juste la bonne quantité de phosphore, formant des polyanions avec ses atomes d'oxygène voisins », explique Li.
Bien que le potentiel du DRXPS soit immense, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour optimiser sa production et sa scalabilité. Huang note que la méthode de synthèse actuelle produit des matériaux non uniformes qui ne sont pas facilement scalables. L'équipe explore de nouvelles techniques pour améliorer la morphologie du matériau et réduire la quantité de carbone conducteur nécessaire, ce qui pourrait encore améliorer la densité énergétique de la batterie.
Alors que le monde se précipite vers un avenir durable, le développement de technologies de batterie abordables et efficaces comme le DRXPS pourrait jouer un rôle clé dans la transition énergétique propre. Avec des recherches continues, ce matériau cathodique innovant pourrait bientôt alimenter tout, des voitures électriques aux systèmes d'énergie renouvelable, en faisant de lui une pierre angulaire de notre avenir énergétique.