Transfert de charge ligand-métal (TCLM) : une validation expérimentale
Alors que le dernier rapport du GIEC affirme que les véhicules électriques offrent le plus grand potentiel de décarbonisation, les chercheurs sont encouragés à augmenter les performances des batteries et à trouver de meilleurs matériaux dans les batteries lithium-ion. Les batteries lithium-ion sont pour l'instant la meilleure option en termes de performances, mais leur densité énergétique (= énergie par unité de masse) pourrait encore être améliorée pour la conduite de véhicules électriques.
Les composés riches en Lithium nourrissent un espoir quant à l’augmentation de densité énergétique, mais il reste nécessaire d’en comprendre leur fonctionnement en élucidant la science sous-jacente. Pour y parvenir, une équipe internationale dirigée par le professeur Tarascon s'est concentrée sur les processus de transfert de charge ligand-métal (TCLM) dans ces matériaux ; un phénomène proposé, mais orphelin de preuves expérimentales directes. La raison en est simple et liée au fait que ce transfert était trop rapide pour pouvoir être isolé par les différentes techniques de spectroscopie. Il était donc nécessaire de le ralentir pour l'observer. Comment faire ?
En utilisant un matériau spécifique à désordre cationique (Li1.17 Ti0.58 Ni0.25 02), les chercheurs ont d'abord identifié un mécanisme redox avec une espèce intermédiaire cinétiquement activée et à longue durée de vie (Ni3+/4+) qui a pu les aider dans leur quête de validation. En combinant une analyse électrochimique et des techniques spectroscopiques, l'équipe a ensuite pu prouver que cette espèce intermédiaire à longue durée de vie était réduite par un processus TCLM.
Grâce à leur étude fondamentale, Li et al ont pu prouver que le TCLM est en effet un processus crucial pour activer l'activité redox des anions, fournissant un guide pour les recherches futures sur la conception de matériaux cathodiques à haute capacité. Cela offre également de grandes chances aux chimistes et aux physiciens d'étudier les phénomènes de transfert d'électrons dans les solides.
Retrouvez l’article complet en suivant ce lien : https://www.nature.com/articles/s41563-022-01278-2
Biao Li est un chercheur chinois travaillant comme post-doc au laboratoire CSE du Collège de France. Après avoir fait sa licence et son doctorat à l'Université de Pékin (Chine), il a poursuivi sa carrière en tant que post-doc dans la même université avec un travail axé sur les "cathodes riches en Li à haute densité énergétique et la pseudo-capacité pour les batteries Li-ion".
Il travaille actuellement sur les matériaux d'électrode des batteries Li-ion, et plus particulièrement sur la compréhension fondamentale de leurs mécanismes de réaction redox. Son objectif est de développer des électrodes de batterie à haute densité énergétique pour des applications pratiques (par exemple, les véhicules électriques). Dans une prochaine étape, Biao Li et son équipe tentent de trouver des stratégies pour gérer les problèmes pratiques des électrodes riches en Li-ion à haute densité énergétique.
Depuis qu'il a rejoint le RS2E en 2019, Biao Li a écrit 4 articles et déposé 2 brevets. Il apprécie faire partie du réseau car "ici, nous pouvons trouver des experts dans diverses disciplines, ce qui permet des collaborations efficaces pour explorer la science des matériaux et coupler fondamental et appliqué. J'ai participé à plusieurs réunions semestrielles du RS2E et j'ai vu comment une telle communauté peut aider les chercheurs en France, dont moi-même, à communiquer et à partager la science."