Bientôt une batterie à charge rapide et sûre et à impact environnemental réduit
Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont synthétisé un polymère à base du complexe nickel-salen (NiSalen). Les molécules de ce métallopolymère agissent comme un fil moléculaire auquel sont attachés des pendentifs nitroxyl énergivores. L’architecture moléculaire du matériau permet d’obtenir des performances de haute capacité sur une large plage de température.
Oleg Levin, professeur au département d’électrochimie de l’Université de Saint-Pétersbourg et chef de l’équipe de recherche : «Nous avons imaginé le concept de ce matériau en 2016. À cette époque, nous avons commencé à développer un projet fondamental« Matériaux d’électrodes pour batteries lithium-ion à base de polymères organométalliques ». Il a été soutenu par une subvention de la Russian Science Foundation. En étudiant le mécanisme de transport de charge dans cette classe de composés, nous avons découvert qu’il existe deux directions clés de développement. Premièrement, ces composés peuvent être utilisés comme couche de protection pour recouvrir le câble conducteur principal de la batterie, qui serait sinon constitué de matériaux de batterie lithium-ion traditionnels. Et deuxièmement, ils peuvent être utilisés comme composant actif de matériaux de stockage d’énergie électrochimique »
Le polymère a demandé trois ans de développement. Au cours de la première année, les scientifiques ont testé le concept du nouveau matériau – ils ont combiné des composants individuels pour simuler le squelette électriquement conducteur et des pendentifs contenant du nitroxyle actif redox. Il est essentiel de s’assurer que toutes les parties de la structure fonctionnent ensemble et se renforcent les unes les autres. L’étape suivante fut la synthèse chimique du composé. La partie la plus difficile du projet, car certains des composants sont extrêmement sensibles et la moindre erreur peut entraîner une dégradation des échantillons.
Parmi les nombreux échantillons de polymère obtenus, un seul s’est avéré suffisamment stable et efficace. La chaîne principale du nouveau composé est formée de complexes de nickel avec des liants salen. Un radical libre stable, capable d’oxydation et de réduction rapides (charge et décharge), a été lié à la chaîne principale via des liaisons covalentes.
Pour Oleg Levin « Déjà été démontré par une série d’expériences, cette batterie se recharge en quelques secondes – environ dix fois plus vite qu’une batterie lithium-ion traditionnelle. A ce stade, la capacité est encore 30 à 40% inférieure à celle des batteries lithium-ion. Nous travaillons actuellement à l’amélioration de la capacité tout en maintenant le taux de charge-décharge. La nouvelle batterie fonctionne à basse température et sera une excellente option là où une charge rapide est cruciale. Son utilisation est sûre – il n’y a rien qui puisse présenter un risque de combustion, contrairement aux batteries à base de cobalt d’aujourd’hui. Il y a également beaucoup moins de métaux qui nuisent à l’environnement. Le nickel est présent dans notre polymère en moindre quantité, que dans les batteries lithium-ion »
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