Une nouvelle batterie à double ions à base de TiSe2-Graphite : un brillant avenir

L’équipe du Prof. Bao-Lian Su au département de chimie de l’UNamur en collaboration avec le Prof. Jie Shu de Ningbo University en Chine invente une nouvelle batterie à double ions à base de TiSe2-Graphite. Ils viennent de publier un article scientifique, qualifié de « very important paper » dans une revue internationale très prestigeuse.

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Le changement climatique affecte déjà le monde entier, avec des conditions météorologiques extrêmes telles que la sécheresse, les vagues de chaleur, les fortes pluies, les inondations et les glissements de terrain, qui deviennent plus fréquentes, y compris en Europe. Parmi les autres conséquences de l'évolution rapide du climat figurent l'élévation du niveau des mers, l'acidification des océans et la perte de biodiversité.

Avec la loi européenne sur le climat (Green Deal), l'UE s'engage à atteindre la neutralité carbone d'ici 2050. Ces perturbations climatiques sont en grande partie liées aux sources d’énergies d’origine fossile utilisées par l’homme. Pour les remplacer, de nouvelles sources d’énergies, renouvelables et à faible empreinte carbone ont été développées. Elles présentent l'avantage d'être disponibles en quantité illimitée. Leur exploitation constitue un moyen de répondre aux besoins croissants en énergie et aux exigences sociétales de développement durable mais implique de nombreuses contraintes techniques.

Malheureusement, les sources d'énergie renouvelables actuelles, comme les éoliennes ou les panneaux solaires sont généralement intermittentes.  Elle s ne produisent pas d’énergie en continu.  De plus, cette énergie n’est pas toujours utilisée tout de suite.  Le stockage d'énergie, au moyen, par exemple, de batteries aux Li ions (LIB) telles qu’utilisées largement aujourd’hui, constitue un verrou important de la stratégie d'exploitation de ces énergies.

Une batterie, comment ça marche ?

« Une batterie LIB », nous explique le Prof. Bao-Lian Su, « comme celles de vos gsm ou des voitures électriques, se compose d’une électrode positive (+) en oxyde de métaux lithié et d’une électrode négative (-) en carbone (graphite). Les batteries lithium utilisent des réactions chimiques contrôlées à travers l’inversion des charges de leurs électrodes. Un échange d’ions s’effectue de cette manière dans l’électrolyte entre l’électrode positive (la cathode) et l’électrode négative (l’anode). C’est grâce à ces réactions chimiques que les ions de lithium voyagent entre les deux électrodes. Au cours de ce déplacement de charges, une libération d’énergie électrique se produit (électron). C’est ce système qui permet de charger une batterie. »

Les batteries LIB ne peuvent actuellement plus répondre aux exigences de notre société et ses besoins de plus en plus élevés en énergie et ce, pour deux principales raisons :

• Les ressources en Lithium à l’échelle de la planète sont limitées et risquent donc un jour d’être en pénurie.
• La capacité de stockage de ces batteries LIB est limitée : 1 ion de Lithium = 1 électron.

Euréka !

Le Prof. Bao-Lian Su et son équipe ont donc cherché une solution alternative à l’utilisation du Lithium.  Il a pensé à explorer un autre produit chimique : le sodium (Na) … « Et oui, du sel ! », nous dit le chercheur. « On en trouve en quantité très importante sur notre planète. Les batteries au sodium existent déjà mais notre nouvelle technologie permet de faire voyager deux particules chargées au lieu d’une.  De plus, nous avons développé un nouveau matériau de stockage innovant, qui permet de résoudre le deuxième problème ! »

Le professeur Bao-Lian Su, directeur du Laboratoire de Chimie des Matériaux Inorganiques (Institut NISM), et son étudiant en doctorat, M. Runtian Zheng, en collaboration avec le professeur Jie Shu de l'université de Ningbo, en Chine, viennent de publier un article, qualifié de « very important paper » dans le prestigeux journal « Angwente Chemie Internartional Edition ».

Contrairement aux batteries aux ions sodium conventionnelles (Na-DIB), l’énergie peut être stockée ou libérée pendant la charge et la décharge grâce au nouveau matériau que l’équipe du Prof. Su a analysé. « Comme on peut le voir sur le schéma, l’utilisation de ce matériau, le diséléniure de titane (TiSe2) est innovante en raison du grand espacement entre ses couches, permettant une diffusion rapide et des sites actifs abondants pour l’accueil des ions de sodium », nous dit le Prof. Su.  « Comparée aux autres batteries Na-DIB, la nouvelle batterie améliore significativement la cinétique d'insertion des ions Na avec une stabilité de cycle supérieure », continue-t-il.  En d’autres termes, cela signifie que la production d’énergie est plus grande, tout comme la capacité de stockage, avec une meilleure stabilité.

« Ces batteries au sodium dual-ions (Na-DIB) présentent un potentiel émergent par rapport aux batteries au Lithium traditionnelles pour la prochaine génération de systèmes de stockage d'énergie électrochimique en raison de leur haut voltage, de leur densité d'énergie élevée, de leur faible coût et de leur respect de l'environnement », conclut-il.

Un bel exemple des fortes expertises présentes à l’UNamur et une belle avancée pour le développement des batteries du futur.

Lire l'article : A Novel TiSe2-Graphite Dual Ion Battery: Fast Na-Ion Insertion and Excellent Stability | Runtian Zheng, Haoxiang Yu, Xikun Zhang, Yang Ding, Maoting Xia, Kangzhe Cao, Jie Shu*, Alexendru Vlad, Bao-Lian Su * | Angewandte Chemie International Edition - Volume 60, Issue34, Pages 18430-18437 | DOI: 10.1002/anie.202105439

 

 

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Contact : Bao-Lian Su - bao-lian.su@unamur.be