Chimie du solide et énergie - Jean-Marie Tarascon

Collège de France

Jean-Marie Tarascon

Chimie du solide et de l'énergie

Année 2023-2024

Séminaire - Christian Masquelier : La structure NaSICON : des conducteurs ioniques aux électrodes pour batteries. Vers des systèmes tout solide au sodium ?

Christian Masquelier

professeur de chimie à l'UFR des Sciences de l'UPJV Amiens, LRCS

Résumé

Les matériaux de batteries Li-Ion ou Na-Ion, les électrodes positives et les électrolytes solides en particulier, sont pour l'essentiel des composés inorganiques dans lesquels les métaux alcalins (Li+ ou Na+) doivent diffuser, plus ou moins rapidement ou réversiblement. En tant que tels, ils présentent des propriétés fondamentales très intéressantes de transformations de phase lors de l'insertion/extraction d'ions alcalins et également en fonction de la température. Le cristallochimiste dispose ainsi d'une formidable aire de jeu !

La structure NaSICON, dont les propriétés remarquables de conduction ionique des ions sodium ont été découvertes il y a plus de cinquante ans par J. B. Goodenough et ses collaborateurs, en est un exemple remarquable. De formule générale AxM2(XO4)3, elle se présente sous forme de « charpente » tridimensionnelle extrêmement stable d'octaèdres MO6 (M = Zr, Fe, V, Ti, Nb, Mn, Cr…) et de tétraèdres XO4 (X = P, S, Si, W, Mo) qui génèrent un espace tridimensionnel dans lequel se déplacent (rapidement) les ions A+ (A = Li, Na).

Selon la nature des éléments placés dans les sites octaédriques et tétraédriques, la structure NaSICON offre ainsi toute une gamme de matériaux utilisables comme électrodes, positives ou négatives, ou comme électrolytes solides, dans des batteries au sodium ou au lithium.

Dans cette conférence, j'aborderai plusieurs exemples illustrant la versatilité de cette structure, permettant notamment de réaliser des batteries tout solide au sodium dont les tensions et températures de fonctionnement pourront être maîtrisées à façon par le chimiste du solide.