Energie : vers de nouvelles batteries "éco-conçus"

Les batteries organiques vivent actuellement un fort regain d’intérêt avec la promesse d’une technologie de stockage d’énergie électrique plus respectueuse de l’environnement, mobilisant des éléments chimiques naturellement abondants partout sur la planète (carbone, hydrogène, oxygène, azote, soufre) tout en permettant des procédés de synthèse faiblement énergivores et un recyclage simplifié. Si l’idée de recourir à des matériaux organiques remonte à la fin des années 70, les connaissances accumulées depuis, couplées à l’ingénierie moléculaire et aux calculs théoriques d’aujourd’hui, ouvrent de nouvelles opportunités pour les développer et les promouvoir.

Des performances boostées

Les chercheurs ont découvert une nouvelle fonction redox réversible, à base de sulfonamides conjuguées. Cette chimie présente des propriétés très intéressantes, notamment une excellente stabilité de l’état réduit à l’air ambiant (pas d’auto-oxydation ni d’hydrolyse), et un potentiel de fonctionnement élevé (supérieur à 3 V vs. Li⁺/Li). Plusieurs matériaux appartenant à cette nouvelle famille ont fait preuve d’une réactivité électrochimique à des potentiels situés entre 2,8 et 3,45 V vs. Li⁺/Li couplée à une bonne stabilité pouvant aller jusqu’à 1000 cycles de charge/décharge selon la structure moléculaire. Avec ces résultats, les chercheurs espèrent booster encore plus les performances de cette nouvelle famille de sulfonamides conjugués et atteindre les 4 V vs. Li⁺/Li grâce à des transpositions méthodologiques déjà validées sur d’autres classes de matériaux organiques électroactifs.

 

Illustration schématique montrant la conception de la nouvelle famille redox sulfonamides conjugués. A droite : courbe électrochimique représentative du composé Li₂-DC-PDSA en comparaison avec le matériau d’électrode commercial de batterie Li-ion, LiFePO₄. A gauche : cyclage électrochimique à long terme pour le composé Li₄-PTtSA à un régime de cyclage correspondant à l’échange de 2 Li+ en 1 heure. Li₂-DC-PDSA pour 2,5-dicholoro-1,4-phénylènebis((méthylsulfonyl)amide) de dilithium ; Li₄-PTtSA pour 2,5-dicholoro-1,4-phénylènebis((méthylsulfonyl)amide) tétralithium.