Des chercheurs de l'Université de Stanford ont réalisé une avancée significative dans les matériaux de batterie à base de fer. Une équipe interdisciplinaire dirigée par les doctorants Hari Ramachandran, Edward Mou et Edel Lomeli a réussi à concevoir un matériau cathodique ferrique capable d’atteindre des états d’énergie plus élevés.

Cette collaboration internationale réunit 23 scientifiques de trois universités américaines, quatre laboratoires nationaux et des institutions japonaises et coréennes. Partant d’une théorie proposée en 2018 par l’ancien étudiant de Stanford William Gent, l’équipe a cultivé par une méthode en solution soigneusement contrôlée des nanocristaux de 300 à 400 nm de diamètre. Ces cristaux permettent au matériau de perdre et de récupérer réversiblement jusqu’à cinq électrons tout en conservant une structure cristalline stable. Edel Lomeli confirme par modélisation spectroscopique : « Dans ce matériau extrêmement ordonné, les atomes se comportent comme un ensemble cohérent. »

L’application la plus immédiate concerne les batteries lithium-ion. Le matériau cathodique synthétisé à partir de lithium, fer, antimoine et oxygène présente une tension élevée stable lors des tests préliminaires réalisés au Stanford-SLAC Battery Center. Hari Ramachandran explique : « Une cathode ferrique haute tension permet d’éviter le compromis habituel entre haute tension et utilisation de métaux coûteux. »

Au-delà du stockage, ces découvertes pourraient bénéficier à l’imagerie par résonance magnétique et aux technologies de lévitation magnétique. Grâce à des analyses par rayons X et neutrons menées dans plusieurs laboratoires nationaux américains, l’équipe a observé que le nanomatériau s’adapte aux changements structurels par de légères flexions, préservant ainsi son intégrité. L’équipe travaille actuellement à remplacer l’antimoine pour faciliter la commercialisation.