L'électrification automobile et le stockage des énergies renouvelables sont aujourd'hui dominés par la technologie des batteries Li-ion, qui dépend de ressources comme le lithium, le graphite, le cuivre et certains métaux de transition disponibles en quantités limitées et/ou géographiquement inégalement répartis. Des nouvelles technologies de batterie basées sur d’autres ions alcalins ou alcalino-terreux avec des ressources quasi illimitées peuvent au long terme partiellement remplacer les batteries Li-ion pour certaines applications. Les batteries magnésium-ion sont l'une de ces technologies alternatives, en raison de la forte abondance du magnésium et des fortes capacités volumétrique et gravimétrique qui peuvent être atteintes.

Dans la lignée de premiers travaux sur le composé InSb, une équipe de l’IRAMIS a développé un nouveau matériau d’électrode négative pour les batteries Mg-ion basé sur le composé In-Pb. La combinaison synergique des éléments électro-actifs In et Pb influence les mécanismes de réaction et la structure (amorphe/cristallin) des produits formés lors de la réaction avec le Mg. Ceci favorise une capacité élevée, mais est par la suite préjudiciable à la réversibilité du matériau. Ces résultats illustrent l'influence des processus d'amorphisation et de cristallisation des électrodes sur les performances électrochimiques des batteries.

L'émergence des véhicules électriques et du stockage des énergies renouvelables souligne le besoin d’augmenter la densité énergétique des batteries tout en diminuant leurs coûts et en améliorant leur sécurité. Les batteries magnésium-ion apparaissent comme une excellente alternative aux batteries Li-ion grâce à la forte capacité spécifique du Mg, son faible coût et son abondance sur Terre.

Dans ce travail, une équipe de l’IRAMIS a développé un nouveau matériau d’électrode négative pour les batteries Mg-ion : InSb. Il est démontré qu’une réelle synergie chimique existe entre les deux éléments In et Sb : la combinaison de ces deux métaux permet de montrer pour la première fois la contribution partiellement réversible de Sb dans les alliages pour batteries Mg-ion. Ce travail est publié dans la revue The Journal of Physical Chemistry C.

En seulement 20 ans, les batteries d'accumulateurs rechargeables lithium-ion se sont imposées sur le marché de l’électronique portable, en particulier grâce à l'amélioration de leurs performances avec l’usage d’anodes de graphite. Le mécanisme de leur activité électrochimique repose sur l’intercalation du lithium entre les plans de graphène auxquels il transfère ses deux électrons. La capacité maximale d’insertion correspond à la formation du composé LiC₆, qui équivaut à une capacité théorique de 372 mAh.g^-1, encore considérée comme insuffisante pour une application aux véhicules électriques. La recherche de nouveaux matériaux d’anode reste donc très active. L’insertion conjuguée du Li avec un autre métal électropositif (Ca, Eu, …) au sein du graphite permet de dépasser cette stœchiométrie (ex : Li_3.0-3.2Ca_2.1-2.3C₆).

La présente étude montre tout l'intérêt des méthodes de mesures de concentration offertes par la microsonde nucléaire du NIMBE pour étudier l'élaboration de telles électrodes en phase ternaire.