Le magnésium est un matériau potentiel pour les batteries de nouvelle génération en tant que vecteur énergétique. Si les batteries au magnésium doivent remplacer les batteries lithium-ion, leurs performances de cyclage et leur capacité doivent être améliorées. Pour y parvenir, une équipe de recherche s’est concentrée sur Mg 1,33 V 1,67–× Mn × O 4 , un nouveau matériau de cathode à structure spinelle.
Une équipe de l’Université des sciences de Tokyo, au Japon, a découvert une composition particulière après avoir effectué une caractérisation complète et des tests de performances électrochimiques. Cette composition pourrait ouvrir la voie à des batteries rechargeables au magnésium performantes.
Compte tenu de leur utilisation intensive dans tout, des appareils portables aux stations de base cellulaires, les batteries lithium-ion continuent d’être le leader de l’industrie en termes de performances globales pour plusieurs applications. Elles présentent cependant quelques inconvénients importants qu’il est difficile d’ignorer.
Le lithium est assez cher et le fait qu’il soit extrait à un rythme rapide aggrave les choses. De plus, la densité d’énergie d’une batterie lithium-ion est insuffisante pour assurer l’autonomie des engins lourds et des véhicules électriques.
Les scientifiques recherchent des alternatives aux batteries en raison de ces soucis et du fait que les batteries sont extrêmement dangereuses lorsqu’elles sont perforées ou chauffées.
Le magnésium (Mg) est une option viable parmi les différents éléments étudiés comme vecteurs d’énergie efficaces pour les batteries rechargeables. Le Mg est sûr et abondant, mais il a également le potentiel de produire des batteries d’une plus grande capacité.
Mais d’abord, quelques problèmes doivent être résolus. Ceux-ci incluent la fenêtre basse tension fournie par les ions Mg et le comportement de cyclage erratique observé dans les matériaux de batterie Mg.
Une équipe de recherche de l’Université des sciences de Tokyo, au Japon , dirigée par le vice-président et professeur Yasushi Idemoto, a recherché de nouveaux matériaux de cathode pour les batteries au magnésium afin de résoudre ces problèmes.
Batterie Magnesium – Crédit Image Tokyo University of Science
Ils se sont concentrés en particulier sur la recherche de stratégies pour améliorer les performances des matériaux cathodiques construits sur le système MgV (V: vanadium).
Heureusement, ils ont enfin découvert la voie du succès, comme le décrit une étude récente mise en ligne le 8 décembre 2022 et publiée dans le volume 928 du Journal of Electroanalytical Chemistry le 1er janvier 2023 .
Le système Mg 1,33 V 1,67 O 4 était au centre de l’étude, mais une partie du vanadium a été remplacée par du manganèse (Mn), produisant des minéraux de formule Mg 1,3 3V 1,67–× Mn × O 4 , où × varie de 0,1 à 0,4 .
Bien que ce système ait une grande capacité théorique, des recherches supplémentaires étaient nécessaires pour bien saisir sa structure, sa cyclabilité et ses performances cathodiques. En conséquence, les chercheurs ont utilisé un large éventail de méthodes conventionnelles pour caractériser les matériaux de cathode synthétisés.
Tout d’abord, ils ont utilisé la microscopie électronique à transmission, la diffraction des rayons X et l’absorption pour examiner la composition, la structure cristalline, la distribution des électrons et la morphologie des particules des composés Mg 1,33 V 1,67 × Mn × O 4 .
Les investigations ont révélé que Mg 1.33 V 1.67–× Mn × O 4 a une structure spinelle très homogène. Pour évaluer les performances de la batterie de Mg 1,33 V 1,67–× Mn × O 4 en utilisant divers électrolytes et en examinant les comportements de charge/décharge qui en résultent à différentes températures, les chercheurs ont ensuite mené une série d’études électrochimiques.
Pour certains matériaux de cathode, notamment Mg 1,33 V 1,57 Mn 0,1 O 4, l’équipe de recherche a trouvé des capacités de décharge élevées, mais ils ont également constaté que ces capacités fluctuaient fortement en fonction du nombre de cycles. Ils ont examiné la structure locale à proximité des atomes de vanadium dans le matériau pour déterminer pourquoi.
Il apparaît que la structure cristalline particulièrement stable ainsi qu’une grande quantité de compensation de charge par le vanadium conduisent aux propriétés de charge-décharge supérieures que nous avons observées pour Mg 1,33 V 1,57 Mn 0,1 O 4 . Pris ensemble, nos résultats indiquent que Mg 1,33 V 1,57 Mn 0,1 O 4 pourrait être un bon matériau de cathode candidat pour les batteries rechargeables au magnésium. » explique Yasushi Idemoto, vice-président et professeur, Université des sciences de Tokyo
Il a tiré une conclusion positive concernant l’avenir tout en se contentant des découvertes actuelles et a déclaré :
Grâce à la recherche et au développement futurs, les batteries au magnésium pourraient surpasser les batteries au lithium-ion grâce à la densité d’énergie plus élevée des premières. ”
En effet, les systèmes MgV remplacés pourraient éventuellement aboutir aux batteries de nouvelle génération tant attendues. On ne peut qu’espérer que le remplacement tant attendu du lithium se concrétisera bientôt.
Entre les progrès réalisés sur les batterie Lithium-Ion, les capacités que présentent les batteries Lithium-Fer-Phosphate, avec cette innovation, les batteries Magnésium pourraient-elle se faire une place au soleil ? L’avenir nous le dira …
Référence de la revue :
Idemoto, Y., et al. (2023) Propriétés électrochimiques et changements de structure cristalline et électronique pendant la charge/décharge de matériaux cathodiques de type spinelle Mg 1,33 V 1,67–× Mn × O 4 pour batteries secondaires au magnésium. Tourillon de chimie électroanalytique . doi:10.1016/j.jelechem.2022.117064
Bonjours
Il y à le sodium aussi, il semble qu’une usine est bientôt terminée et même une voiture chinoise va sortir avec cette technologie.
C’est un peu plus lourd donc moins de capacités en km , mais relativement rapide en charge et plus de cycles .
Matière bien moins rare.
A voir