Des batteries sans métaux : un enjeu écologique et économique
L’électrification repose entre autres sur le développement massif de batteries qui utilisent des matériaux d’électrode à base de métaux souvent rares et coûteux. Une équipe franco-allemande de scientifiques propose une alternative prometteuse à ces matériaux : des matériaux organiques à base d’hydrogène, de carbone, d’oxygène et d’azote pour l’élaboration de batteries purement moléculaire, moins chères et plus respectueuses de l’environnement. Une étude à retrouver dans ACS Applied Polymer Materials.
Les batteries lithium-ion actuelles reposent largement sur l’utilisation de métaux critiques, parfois toxiques, dont l’extraction et le recyclage posent des problèmes environnementaux et géopolitiques. Depuis plusieurs années, les scientifiques explorent donc des alternatives comme les batteries organiques, fabriquées à partir de molécules riches en carbone, hydrogène et azote. Ces matériaux présentent plusieurs avantages : une synthèse moins énergivore partant de ressources largement abondantes, une meilleure recyclabilité et surtout une grande liberté de conception chimique. Ils ouvrent même la voie à des batteries moléculaires entièrement dépourvues de métaux de type « anion-ion ». Un défi important demeure toutefois : identifier des matériaux pour l’électrode négative capables de fonctionner à bas potentiel tout en conservant leur stabilité au fil des cycles de charge et de décharge.
Dans ce contexte, des scientifiques allemands de l’Université d’Ulm et français de l’Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel (CNRS/Nantes Université) se sont intéressés à une famille de molécules appelées « super-donneurs d’électrons ». Ces composés, très riches en électrons, peuvent facilement les céder lors de réactions électrochimiques. L’équipe a intégré pour la première fois l’un de ces motifs chimiques, basé sur le bi(benzimidazole), dans plusieurs polymères destinés à servir d’électrodes négative de ce type de batterie anion-ion. Deux de ces matériaux ont montré un comportement particulièrement intéressant : ils fonctionnent autour de 2,1 V vs Li+/Li, une valeur remarquablement basse pour ce type de polymères organiques.