Une découverte rend possible la production de batteries au magnésium

L’équipe de recherche de l’Institut National des Sciences des Matériaux (NIMS) au Japon a découvert la cause de la désactivation des réactions électrochimiques à l’intérieur des anodes en métal de magnésium – un composant des batteries rechargeables au magnésium – lorsqu’ils sont exposés à l’air sec.

Suite à cette découverte, l’équipe a développé un revêtement protecteur artificiel pour l’anode, capable de prévenir cette désactivation électrochimique. Cette technologie fondamentale pourrait, si elle est mise en pratique, permettre la fabrication de batteries rechargeables au magnésium sur les chaînes de production de batteries lithium-ion existantes.

Les batteries rechargeables au magnésium, qui sont composées entièrement de ressources abondantes, dont le magnésium, pourraient potentiellement avoir des densités d’énergie plus élevées que les batteries lithium-ion.

Des recherches et développement sont en cours avec l’ambition de les utiliser comme batteries de stockage de grande capacité. Cependant, l’utilisation du métal magnésium présente un inconvénient : lorsqu’il entre en contact avec l’oxygène et l’humidité, une couche d’oxyde se forme à sa surface, empêchant les réactions électrochimiques de se produire en son sein. Pour cette raison, la production, le stockage et l’évaluation des batteries rechargeables au magnésium doivent être réalisés dans une atmosphère de gaz inertes (par exemple, argon et azote) d’où l’air ambiant doit être complètement éliminé.

Créer de telles conditions est très coûteux et travailler sous ces conditions est très encombrant. Ces difficultés ont sérieusement entravé les efforts pour mettre les batteries rechargeables au magnésium en usage pratique.

Récemment, cette équipe de recherche du NIMS a découvert que la désactivation électrochimique à l’intérieur d’une anode en métal de magnésium exposée à l’air est due à une résistance électrique très élevée.

L’équipe a donc réussi à prévenir l’oxydation du métal magnésium et la désactivation des réactions électrochimiques à l’intérieur de celui-ci, même en présence d’air sec. Ceci a été réalisé en formant un revêtement artificiel de zinc à la surface de l’anode en métal de magnésium à l’aide de réactions d’échange ionique galvanique, ce qui empêche l’oxygène de venir en contact avec le métal magnésium.

Cette réalisation, une première mondiale, est significative sur le plan académique, industriel et commercial car elle pourrait permettre la production de batteries rechargeables au magnésium dans des salles sèches, facilitant grandement les efforts pour les mettre en pratique.

En plus de ces réalisations, l’équipe de recherche développe également un électrolyte haute performance et un matériau d’anode en métal de magnésium pour utilisation dans les batteries rechargeables au magnésium.

Dans les recherches futures, l’équipe prévoit d’accélérer son R&D de matériau de cathode dans l’espoir d’accélérer le développement de batteries rechargeables au magnésium.

Ce projet a été réalisé par une équipe de recherche dirigée par Toshihiko Mandai (Chercheur Principal, Groupe de Matériaux pour Batteries Rechargeables, Centre de Recherche pour l’Énergie et les Matériaux Environnementaux, NIMS).

(« Oxygen – A Fatal Impurity for Reversible Magnesium Deposition/Dissoluion » Toshihiko Mandai(Ouvrir dans une nouvelle fenêtre) and Mariko Watanabe ; Journal : Journal of Materials Chemistry A [10 avril 2023] ; DOI : 10.1039/D3TA01286G