fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Institut de technologie de Shibaura (Shibaura Institute of Technology, SIT) au Japon a mis au point un catalyseur à faible coût sans platine, levant ainsi un obstacle clé à la commercialisation des batteries lithium-oxygène (lithium–oxygen batteries, LOBs) à haute densité énergétique. La densité énergétique des batteries lithium-oxygène peut atteindre jusqu'à dix fois celle des batteries lithium-ion traditionnelles, ce qui pourrait théoriquement permettre les trajets longue distance en voiture électrique et des vols de drones de plusieurs heures consécutives. Cependant, la lenteur des réactions de l'oxygène pendant les cycles de charge et de décharge a longtemps freiné leur commercialisation. Les métaux précieux comme le platine et le ruthénium peuvent accélérer ces réactions, mais leur coût élevé rend difficile une application à grande échelle.

L'équipe de recherche dirigée par le professeur Takahiro Ishizaki a conçu un catalyseur hétérostructural sans métal noble, combinant un oxyde de type pérovskite et un oxyde de type spinelle en un matériau composite. Chacun de ces deux oxydes possède déjà une bonne activité catalytique lorsqu'il est utilisé seul, mais leur association produit un effet synergique remarquable, capable d'accélérer simultanément la réaction de réduction de l'oxygène et la réaction de dégagement de l'oxygène. Ce matériau composite présente une différence de potentiel aussi faible que 1,14 volt pendant les cycles de charge et de décharge, ce qui signifie une perte d'énergie électrique moindre. Lors des tests de performance des batteries, le composite s'est révélé supérieur aux deux oxydes individuels, avec des performances de charge dépassant celles de l'oxyde de ruthénium commercial et des performances de décharge comparables à celles du platine.

Il est à noter que les tests de propriétés physiques ont montré que la surface électrochimique totale de ce composite était la plus faible parmi tous les échantillons testés. En règle générale, une plus grande surface est considérée comme offrant davantage de sites réactionnels et donc de meilleures performances, mais l'équipe a découvert que la vitesse de catalyse dépend davantage de la qualité de la structure électronique. La combinaison des deux oxydes à l'interface moléculaire génère d'abondantes lacunes d'oxygène, créant un chemin électronique fluide qui permet aux réactions de l'oxygène de se dérouler rapidement.

Takahiro Ishizaki a indiqué que l'application la plus directe de ces travaux est le développement de cathodes à air efficaces pour les batteries lithium-oxygène de nouvelle génération. Ces batteries pourraient alimenter des véhicules électriques à longue autonomie et des drones à endurance prolongée, dont les besoins en capacité énergétique dépassent les capacités de la technologie lithium-ion actuelle. La mobilité aérienne urbaine reste une vision à long terme, mais ces travaux constituent une étape clé pour libérer le potentiel des batteries lithium-oxygène. Cette conception de catalyseur économique offre également une solution durable et abordable pour la production d'hydrogène vert, les batteries métal-air à grande échelle et le stockage d'énergie sur les réseaux solaires et éoliens.