Record mondial pour les conducteurs au lithium-ion
Nouveau matériau pour les batteries à l'état solide
Les batteries à l'état solide sont considérées comme une technologie d'avenir importante : elles peuvent stocker davantage d'énergie et ne sont pas constituées de matériaux inflammables comme les batteries au lithium actuellement utilisées. Des chercheurs de la TUM et de TUMint.Energy Research GmbH ont désormais franchi une étape importante dans l'amélioration des batteries à l'état solide. Ils ont développé un nouveau matériau à base de lithium, d'antimoine et de scandium qui conduit les ions de lithium plus de 30% plus rapidement que tous les matériaux connus jusqu'à présent.
L'équipe du professeur Thomas F. Fässler de la chaire de chimie inorganique spécialisée dans les nouveaux matériaux a remplacé une partie du lithium dans le composé lithium-antimoniure par le métal scandium. Il en résulte des lacunes ciblées, appelées vides, dans le réseau cristallin du matériau conducteur. Ces lacunes aident les ions de lithium à se déplacer plus facilement et plus rapidement et ont permis d'établir le nouveau record mondial.
Comme la valeur est si nettement supérieure à celle des matériaux connus, ils se sont adressés à la chaire d'électrochimie technique du professeur Hubert Gasteiger à la TUM afin de confirmer le résultat. Le coauteur Tobias Kutsch, qui a effectué les autres tests, a fait remarquer : "Comme le matériau conduit également l'électricité, c'était un défi particulier et nous avons dû adapter nos méthodes de mesure pour cela".
Fässler voit de grands potentiels pour le nouveau matériau : "Notre résultat représente actuellement un progrès essentiel dans la recherche fondamentale. En intégrant de petites quantités de scandium, nous sommes tombés sur un nouveau principe qui pourrait s'avérer précurseur pour d'autres combinaisons d'éléments. De nombreux tests sont encore nécessaires pour une application dans une cellule de batterie. Nous sommes confiants, car les matériaux capables de conduire à la fois les ions et les électrons se prêtent particulièrement bien à l'ajout dans les électrodes. Comme il peut en résulter des applications pratiques prometteuses, nous avons également déjà déposé une demande de brevet pour notre développement". Outre une vitesse plus élevée, le matériau offre également une stabilité thermique et est facile à fabriquer à l'aide de procédés chimiques éprouvés.
Grâce à leur travail, les chercheurs ont même découvert une toute nouvelle classe de substances, comme le souligne la première auteure Jingwen Jiang, chercheuse à la TUMint.Energy Research GmbH : "Notre combinaison se compose de lithium et d'antimoine et peut être facilement transposée au lithium et au phosphore. Alors que le détenteur du record précédent était basé sur le lithium-soufre et nécessitait cinq autres éléments pour être optimisé, nous n'avons besoin que de scandium comme autre composant. Nous partons du principe que notre découverte peut avoir une importance au-delà de cet exemple pour l'augmentation de la conductivité d'autres substances".
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Publication originale
Jingwen Jiang, Tobias Kutsch, Wilhelm Klein, Manuel Botta, Anatoliy Senyshyn, Robert J. Spranger, Volodymyr Baran, Leo van Wüllen, Hubert A. Gasteiger, Thomas F. Fässler; "Scandium Induced Structural Disorder and Vacancy Engineering in Li3Sb – Superior Ionic Conductivity in Li3−3xScxSb"; Advanced Energy Materials, 2025-4-28
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