Des chercheurs développent une stratégie inhabituelle pour augmenter la performance des batteries
Parfaitement imparfait : le désordre dans les matériaux permet un chargement ultra-rapide
Sous la direction des professeurs Nicola Pinna et Patrícia Russo du département de chimie de la Humboldt-Universität zu Berlin (HU), des scientifiques sont parvenus à perturber de manière ciblée l'ordre atomique des batteries. Résultat : des anodes très performantes pour les batteries lithium et sodium-ion, avec une vitesse de charge et une stabilité exceptionnellement élevées - une étape décisive vers des systèmes de stockage d'énergie plus sûrs et plus durables.
L'imperfection comme outil de conception des matériaux
Les matériaux traditionnels des batteries reposent sur des structures cristallines très ordonnées qui fournissent des voies prévisibles pour le transport des ions. Toutefois, cette perfection se paie souvent au prix d'une rigidité structurelle, d'une mobilité ionique limitée et d'une performance médiocre à des taux de charge élevés. Dans deux études publiées dans Nature Communications et Advanced Materials, les chercheurs ont réussi à inverser le paradigme : leurs recherches montrent qu'un désordre ciblé - et non l'ordre - peut améliorer la conductivité ionique, accroître la stabilité du cycle et débloquer de nouveaux mécanismes de stockage des batteries. En s'écartant des règles de conception conventionnelles, l'approche de l'équipe pourrait redéfinir les stratégies de conception des matériaux dans tous les domaines. "Nos résultats montrent que l'imperfection ciblée peut être un outil puissant dans la conception des matériaux", déclare le professeur Nicola Pinna. Patrícia Russo ajoute : "En rompant délibérément l'ordre atomique, nous ouvrons des voies totalement nouvelles pour des batteries haute performance plus puissantes, plus durables et donc plus pérennes".
De nouvelles perspectives pour les voitures électriques, le stockage de données et la technologie des batteries
L'équipe a mis au point de nouveaux matériaux pour des batteries plus puissantes et plus durables grâce au désordre structurel dans les oxydes de niobium-tungstène et à l'amorphisation contrôlée - qui décrit la transition du matériau vers un état désordonné - dans le niobate de fer. Un matériau particulièrement durable a été produit pour les batteries lithium-ion : Même après 1 000 cycles de charge, une grande partie des performances initiales est conservée. Un nouveau type de matériau a également été développé pour les batteries sodium-ion, une alternative plus respectueuse de l'environnement. Il se modifie considérablement lors de la première charge, mais conserve d'importantes structures. Il en résulte une capacité de stockage très élevée et une longue durée de vie de plus de 2 600 cycles de charge, avec des performances pratiquement identiques.
La combinaison d'anodes de lithium désordonnées et d'anodes de sodium amorphes ouvre de nouvelles perspectives pour les véhicules électriques à charge ultra-rapide, les solutions de stockage stationnaire pour les énergies renouvelables et les alternatives sûres aux technologies de batteries précédentes. Les études soulignent le potentiel des principes de conception atomique pour résoudre les problèmes énergétiques mondiaux.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Liu, Y., Buzanich, A. G., Montoro, L. A., Liu, H., Liu, Y., Emmerling, F., Russo, P. A., Pinna, N. „A Partially Disordered Crystallographic Shear Block Structure as Fast-Charging Anode Material for Lithium-Ion Batteries.“ Nat. Commun. 16, 6507 (2025).
Liu, Y., Buzanich, A. G., Alippi, P., Montoro, L. A., Lee, K-S., Jeon, T., Weißer, K., Karlsen, M.A., Russo, P. A., Pinna, N.; ‘FeNb2O6 as a High-Performance Anode for Sodium-Ion Batteries Enabled by Structural Amorphization Coupled with NbO6 Local Ordering.’ Adv. Mater. e04100, (2025)
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