L’équipe dirigée par le professeur Thomas F. Fässler de la chaire de chimie inorganique axée sur les nouveaux matériaux a partiellement remplacé le lithium dans un composé d’antimoniure de lithium par le métal scandium. Cela crée des lacunes spécifiques, appelées vides, dans le réseau cristallin du matériau conducteur. Ces lacunes permettent aux ions lithium de se déplacer plus facilement et plus rapidement, ce qui a permis d’établir un nouveau record mondial de conductivité ionique.
La conductivité mesurée dépassant de loin celle des matériaux existants, l’équipe a collaboré avec la chaire d’électrochimie technique du professeur Hubert Gasteiger à la TUM pour confirmer le résultat. Tobias Kutsch, co-auteur de l’étude et qui a mené les tests de validation, commente : « Le matériau étant également conducteur d’électricité, il représentait un défi particulier, et nous avons dû adapter nos méthodes de mesure en conséquence. »
M. Fässler estime que le nouveau matériau présente un grand potentiel : « Notre résultat représente actuellement une avancée significative dans la recherche fondamentale. En incorporant de petites quantités de scandium, nous avons découvert un nouveau principe qui pourrait servir de modèle pour d’autres combinaisons d’éléments. Bien que de nombreux tests soient encore nécessaires avant que le matériau puisse être utilisé dans les piles, nous sommes optimistes. Les matériaux qui conduisent à la fois les ions et les électrons conviennent particulièrement bien comme additifs dans les électrodes. En raison des applications pratiques prometteuses, nous avons déjà déposé un brevet pour notre développement ». Outre sa conductivité plus rapide, le matériau offre également une stabilité thermique et peut être produit à l’aide de méthodes chimiques bien établies.
Les chercheurs ont même découvert une toute nouvelle classe de substances grâce à leurs travaux, comme le souligne le premier auteur Jingwen Jiang, scientifique à TUMint.Energy Research : « Notre combinaison est constituée de lithium et d’antimoine, mais le même concept peut facilement être appliqué aux systèmes lithium-phosphore. Alors que le précédent détenteur du record s’appuyait sur le lithium-soufre et nécessitait cinq éléments supplémentaires pour l’optimisation, nous n’avons besoin que de Scandium comme composant supplémentaire. Nous pensons que notre découverte pourrait avoir des implications plus larges pour améliorer la conductivité dans une large gamme d’autres matériaux ».
Article : « Scandium Induced Structural Disorder and Vacancy Engineering in Li3Sb – Superior Ionic Conductivity in Li3−3xScxSbv » – DOI: 10.1002/aenm.202500683
Légende illustration : Thomas F. Fässler dans son laboratoire à la chaire de chimie inorganique axée sur les nouveaux matériaux. Crédit : Wenzel Schuermann / TUM
