Résumé
Les batteries Li-Ion qui font aujourd’hui partie intégrante de notre quotidien, reposent essentiellement sur l’utilisation de composés d’insertion. Ces derniers ont un fort impact puisqu’ils contrôlent la capacité, le potentiel de sortie de la batterie, son autonomie, et sa densité d’énergie. Quels sont ces matériaux d’insertion ou éponges à Li, Na... ? C’est ce à quoi ce premier cours tente de répondre.
À travers ce cours, j’ai brièvement décrit le principe de fonctionnement des batteries avant de me focaliser sur les principes chimiques et physiques sous-tendant ces réactions d’insertion. De plus, j’ai rappelé les connaissances nécessaires en cristallographie (dimensionnalité des structures et symétrie des sites d’accueil) ainsi qu’en structure électronique (structure de bandes, niveau de Fermi, couple redox). Ces notions sont essentielles pour la compréhension de cette série de cours. Cela a aussi été l’occasion de présenter l’engouement suscité par la genèse des premiers matériaux d’intercalation (graphite, alliage lithiés et dichalcogénures de métaux de transition) dans le monde des batteries. Malgré de belles avancées scientifiques qui ont été parcourues, et qui ont conduit à l’identification d’une multitude de disulfures de métaux de transition (MS2) lamellaires, les nombreuses tentatives d’industrialisation des batteries (Li-MS2) n’ont connu que des déboires qui ont finalement conduit à son abandon. Cela peut s’expliquer par les problèmes de sécurité associés à la formation de Li très divisés et très réactifs lors du cyclage, pouvant former des dendrites créant alors des courts-circuits et éventuellement une explosion. Enfin, d’un point de vue plus fondamental il a été fait état, via de nombreux exemples de matériaux possédant des centres redox atomiques ou moléculaires, de la possibilité d’utiliser l’électrochimie comme une spectroscopie pour tester/sonder la structure de bande de certains composés d’insertion.
