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rencontre al anon ​Des oxydes de nickel et de manganèse pourraient remplacer avantageusement les oxydes de cobalt utilisés dans les batteries lithium-ion. Des chimistes de l’Inac ont identifié les mécanismes limitant aujourd’hui les performances de ces matériaux pour le stockage du lithium, ouvrant ainsi une voie de développement. 

rencontre madagascar ​Dans les batteries lithium-ion, les matériaux d’électrode positive sont des oxydes de cobalt ou de manganèse, à structure planaire, le plus souvent LiCoO2, mais aussi LiMn2O4 ou des mélanges Li-Mn-Ni-Co.

Une équipe de l’Inac a étudié des composés Li-Mn-Ni sans cobalt, qui présentent théoriquement une capacité de charge supérieure à celle de leurs concurrents. Or aujourd’hui, cette famille de matériaux voit ses performances dégradées dès le premier cycle de charge – décharge : la quantité de lithium réinsérée au cours de la première décharge ne permet pas de retrouver la teneur initiale.

Des expériences de résonance magnétique nucléaire (RMN), couplées à une analyse statistique, ont permis aux chercheurs de déterminer les environnements chimiques précis des ions Li+, ainsi que leurs compositions élémentaires. Elles montrent que des processus chimiques irréversibles causent la perte initiale de capacité de ces matériaux. Ceux-ci présentent deux phases : l’une, riche en nickel, que l’on retrouve intacte à la fin du premier cycle de charge-décharge, et l’autre, pauvre en nickel, qui aurait dû stabiliser la structure de l’ensemble mais qui s’avère problématique, notamment en raison de l’oxydation irréversible d’une fraction de son oxygène.

Les chercheurs disposent d’un outil puissant pour analyser rapidement des compositions différentes à l’intérieur de cette famille de matériaux. Leur objectif consiste désormais à réduire le volume de la phase pauvre en nickel et à la stabiliser, en variant la composition relative Mn – Ni.

Ces travaux résultent d’une collaboration avec le CEA-Liten et l’Institut de physique des métaux (Ekaterinburg, Russie).

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