Le phosphate de fer et de lithium qui réussit à conduire le courant alors qu’il est isolant pourrait être le matériau de stockage de l’électricité dans les accumulateurs du futur, en particulier dans les voitures. Des chimistes du CNRS, dans le cadre d’une collaboration avec une équipe du CEA-Liten de Grenoble (Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux ) ont compris le fonctionnement du matériau et publient leurs travaux publiés dans le numéro d’août de Nature Materials.
Les batteries lithium-ion permettant de stocker trois à quatre fois plus d’énergie par unité de masse que les batteries classiques sont utilisés dans des systèmes portables: ordinateurs, téléphones portables, baladeurs, etc…. Les matériaux d’électrodes positives de ces batteries ont des performances excellentes mais un coût trop élevé pour être utilisés dans les batteries bien plus grosses des véhicules électriques et des véhicules hybrides de deuxième génération.
Il est nécessaire de trouver des matériaux capables de stocker davantage d’énergie pour un poids inférieur .Le phosphate de fer et de lithium est ce matériau candidat doté de qualités intéressantes: : écologique, il possède des propriétés exceptionnelles alliées, a un faible coût et une bonne stabilité thermique.
Paradoxalement, le phosphate de fer et de lithium ne présente pas les propriétés de conduction ionique et électronique requises pour le fonctionnement de l’électrode. Des chimistes CNRS de l’Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) ont réussi, pour la première fois, à interpréter ce paradoxe.
La conduction électrique se propage
Dans le cadre d’une collaboration avec une équipe du CEA-Liten, ils ont montré que les cycles de charge et décharge de la batterie sont possibles grâce au « domino cascade processus » qui se manifeste dès qu’il existe des contraintes à l’interface entre le matériau qui se décharge et le matériau à l’état déchargé. La conduction électronique et ionique est alors extrêmement rapide dans la zone interfaciale. Elle se propage de proche en proche, tels des dominos, au fur et à mesure que l’interface se déplace.
Ce processus de réaction inédit permet d’expliquer pourquoi deux matériaux isolants (matériau à l’état chargé et déchargé) peuvent faire fonctionner des batteries lithium-ion. Cela constitue une avancée importante dans le domaine de la recherche de nouveaux matériaux d’électrodes plus sûrs et à bas coût pour les futures batteries au lithium. Cette recherche a également permis de connaître le fonctionnement, à une échelle nanométrique, des batteries à base de phosphate de fer et de lithium, amenées à équiper les voitures hybrides et électriques de demain.
