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La redox anionique s’applique aussi aux batteries Na-ion

La redox anionique s’applique aussi aux batteries Na-ion
Cellules na-ion en cours d'assemblage

Alors que l’Union européenne vient de renforcer ses critères environnementaux pour la production et la commercialisation des batteries sur son territoire, la communauté des chercheurs est incitée à développer des alternatives aux batteries Li-ion plus respectueuses de notre planète. L’une des pistes envisagée est la technologie Na-ion surtout utilisée aujourd’hui pour des applications de puissance. Sa densité d’énergie reste en effet trop faible pour rivaliser avec le Li-ion pour des applications d’autonomie.

Pour dépasser ce problème, une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Prof. Tarascon, directeur du RS2E, a eu l’idée d’appliquer au Na-ion un concept tiré de la technologie Li-ion, à savoir celui de la redox anionique. Ce phénomène qui met en jeu des réactions d’oxydoréduction supplémentaires dans la cathode lors de la charge et décharge de la batterie permet d’accroître la capacité réversible du matériau. Ce dernier pourrait alors équiper une batterie Na-ion montrant une densité d’énergie accrue.

La première étape de travail de l’équipe de recherche a été d’identifier et de synthétiser un matériau de cathode présentant, de base, une bonne capacité et dont la structure serait compatible avec le phénomène de redox anionique. Le détail des réflexions est à retrouver dans l’article paru dans Nature Materials.

Le matériau finalement choisi est un oxyde lamellaire riche en sodium de formule NaLi1/3Mn2/3O2. L’étude de cet oxyde à l’aide de plusieurs techniques de caractérisation montre que le matériau possède une capacité réversible intéressante de 190 mAh.g-1 tout en ne présentant pas de chute de la tension sur un très grand nombre de cycles. NaLi1/3Mn2/3O2 présente en plus l’avantage d’être stable à l’humidité, fait rare pour les composants lamellaires stœchiométriques à base de sodium.

Néanmoins, ces avantages sont tempérés par l’existence d’un phénomène d’hystérèse marqué (perte d’énergie considérable entre la charge et la décharge du matériau). Si ce problème doit encore être résolu, le travail présenté ci-dessus pourrait aider la communauté des batteries Na-ion à développer de nouveaux matériaux de cathode utilisant la redox anionique pour atteindre de haute densité d’énergie.

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Références :

Unlocking anionic redox activity in O3-type sodium 3d layered oxides via Li substitution

Qing Wang et al.

Nature Materials, 11/01/20, DOI : 10.1038/s41563-020-00870-8

Contact : jean-marie.tarascon@college-de-france.fr