| Des chercheurs du Laboratoire de Physique des Solides (LPS), en collaboration avec plusieurs partenaires, ont révélé que le transport ionique dans les liquides ioniques repose sur une organisation nanostructurée hétérogène, offrant une nouvelle compréhension de ces électrolytes prometteurs pour les batteries du futur. |
Les liquides ioniques, fluides constitués uniquement d’ions, présentent des propriétés remarquables : faible volatilité, stabilité thermique et large fenêtre électrochimique. Ils sont ainsi envisagés comme électrolytes pour les batteries lithium et post-lithium. Mais leur efficacité dépend directement du transport des ions, un phénomène encore mal compris en raison de la complexité de leur organisation interne.
En combinant diffusion de rayons X, RMN et simulations numériques, le chercheur du LPS avec les partenaires montrent que ces liquides ne sont pas homogènes. Ils présentent au contraire une organisation nanostructurée avec de fortes hétérogénéités locales. À cette échelle, des domaines riches en ions coexistent avec des zones plus mobiles, formant une mosaïque dynamique où les propriétés varient fortement aux différentes échelles d’espace et de temps.
Des ions piégés dans des environnements locaux
L’étude révèle que la mobilité des ions dépend fortement de leur environnement immédiat. Certains ions sont fortement liés dans des structures de coordination ou des agrégats, ce qui ralentit leur diffusion, tandis que d’autres évoluent plus librement.
Cette coexistence de comportements explique la large distribution des vitesses de diffusion observées expérimentalement et expliquée grâce à l’étude en dynamique moléculaire.
Une nouvelle vision du transport ionique
Grâce à une approche innovante/originale/ de suivi individuel des ions, les chercheurs mettent en évidence un lien direct entre structure locale et dynamique, sur des échelles allant de la picoseconde à la centaine de nanosecondes.
Ces résultats remettent en cause les descriptions moyennes classiques et montrent que le transport ionique dans ces systèmes est intrinsèquement hétérogène et multi-échelle. Ces phénomènes expliquent les modifications induites par le changement de composition de des électrolytes.
Vers des électrolytes optimisés
Cette compréhension fine ouvre des perspectives pour concevoir des électrolytes mieux adaptés aux batteries de nouvelle génération, en contrôlant la structuration et les interactions ioniques afin d’optimiser le transport.
Contribution
Laboratoire de Physique des Solides, partenaire
LLB, Laboratoire Léon Brillouin
LiPhy, Laboratoire Interdisciplinaire de Physique
LEPMI, Laboratoire Electrochimie et Physicochimie des Matériaux et Interfaces
ILL, Institut Laue-Langevin
Financements :
CNRS, CEA
Centre Informatique National de l’Enseignement Supérieur (CINES) (project: A0040807695)
GRICAD, Rhone-Alpes region (GRANT CPER07-13 CIRA) and the Equip@Meso project (ANR-10-EQPX-29-01)
Minister for Higher Education and Scientific Research
Référence :
Structural and dynamical heterogeneities at the nanoscale in alkali/earth alkaline ionic liquid electrolytes: experiment and molecular simulation, Phys. Chem. Chem. Phys., 2026,28, 3850-3865. https://doi.org/10.1103/3pmg-b78n
Contact : patrick.judeinstein@cnrs.fr