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  • Le 16 décembre 2020
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A l’heure où de plus en plus d’objets ont besoin de toujours plus d’énergie pour fonctionner, l’usage de matériaux d’électrode organiques pour le stockage électrochimique de l’énergie constitue une alternative crédible pour réduire l’impact environnemental et le coût des batteries électriques. Pour répondre à cette problématique, la technologie dite "Li-ion" est particulièrement prometteuse et étudiée. Des chercheurs de l’Institut de la Matière Condensée et des Nanosciences (IMCN, Université Catholique de Louvain) et de l’Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN, Université de Nantes/CNRS) ont développé une approche innovante ouvrant la voie au développement de batteries Li-ion "éco-conçus". Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Materials.

Smartphone Les batteries organiques vivent actuellement un fort regain d’intérêt avec la promesse d’une technologie de stockage d’énergie électrique plus respectueuse de l’environnement, mobilisant des éléments chimiques naturellement abondants partout sur la planète (carbone, hydrogène, oxygène, azote, soufre) tout en permettant des procédés de synthèse faiblement énergivores et un recyclage simplifié. Si l’idée de recourir à des matériaux organiques remonte à la fin des années 70, les connaissances accumulées depuis, couplées à l’ingénierie moléculaire et aux calculs théoriques d’aujourd’hui, ouvrent de nouvelles opportunités pour les développer et les promouvoir.


Des performances boostées

Les chercheurs ont découvert une nouvelle fonction redox réversible, à base de sulfonamides conjuguées. Cette chimie présente des propriétés très intéressantes, notamment une excellente stabilité de l’état réduit à l’air ambiant (pas d’auto-oxydation ni d’hydrolyse), et un potentiel de fonctionnement élevé (supérieur à 3 V vs. Li+/Li). Plusieurs matériaux appartenant à cette nouvelle famille ont fait preuve d’une réactivité électrochimique à des potentiels situés entre 2,8 et 3,45 V vs. Li+/Li couplée à une bonne stabilité pouvant aller jusqu’à 1000 cycles de charge/décharge selon la structure moléculaire. Avec ces résultats, les chercheurs espèrent booster encore plus les performances de cette nouvelle famille de sulfonamides conjugués et atteindre les 4 V vs. Li+/Li grâce à des transpositions méthodologiques déjà validées sur d’autres classes de matériaux organiques électroactifs.

 
Schéma

Illustration schématique montrant la conception de la nouvelle famille redox sulfonamides conjugués. A droite : courbe électrochimique représentative du composé Li2-DC-PDSA en comparaison avec le matériau d’électrode commercial de batterie Li-ion, LiFePO4. A gauche : cyclage électrochimique à long terme pour le composé Li4-PTtSA à un régime de cyclage correspondant à l’échange de 2 Li+ en 1 heure. Li2-DC-PDSA pour 2,5-dicholoro-1,4-phénylènebis((méthylsulfonyl)amide) de dilithium ; Li4-PTtSA pour 2,5-dicholoro-1,4-phénylènebis((méthylsulfonyl)amide) tétralithium.