Premiers jalons des batteries anion-ion organiques

Le projet SONIC s’est fixé pour objectif de développer des batteries « anion‑ion » intégrant des matériaux d’électrode organiques et un électrolyte solide polymère entièrement dépourvues d’éléments critiques comme le lithium, le cobalt ou le nickel. L’approche repose sur l’utilisation exclusive de composés redox organiques de type p à compensation de charge anionique et d’électrolytes polymères cationiques conducteurs unipolaires d’anions (BF4⁻), avec pour objectif final leur intégration dans une cellule poche.

Cette stratégie vise à remplacer les centres électroactifs traditionnellement métalliques par des motifs organiques (C, H, O, N, S) et de recourir à un mécanisme d’insertion/extraction d’anions, ouvrant la voie à des batteries 100 % moléculaire plus durables. À ce stade du projet, l’effort de recherche repose principalement sur quatre doctorant·e·s réparti·e·s entre l’IMN, le LRCS, le CEA et IFPEN, avec une forte interaction avec le LEPMI. La société WeLoop est également mobilisée afin de contribuer au choix de conditions chimiques présentant le plus faible impact en termes d’éco-indicateurs.
Côté électrode positive, une bibliothèque de composés de la famille des phénothiazines a été synthétisée à l’échelle gramme et évaluée électrochimiquement en demi-cellule vs Li. Plusieurs dérivés atteignent déjà une capacité spécifique de presque 100 mAh/g pour un potentiel de fonctionnement voisin de 3,7 V vs Li⁺/Li, proches des objectifs du projet. Les travaux actuels ciblent le fonctionnement efficient des centres redox N/N•⁺ et S/S•⁺ pour dépasser les 100 mAh/g, avec la conception de nouvelles molécules. En parallèle, des nouveaux électrolytes polymères cationiques à anion mobile BF4⁻ ont été élaborés. Avec 25 % de plastifiant, la conductivité ionique cible (> 0,1 mS/cm à 25 °C) a pu être atteinte pour une fenêtre de stabilité électrochimique couvrant pour le moment la gamme 2–4,5 V vs Li⁺/Li.
Pour l’électrode négative, une bibliothèque de motifs viologènes π‑étendus a été développée compte tenu des propriétés cathodiques de cette famille. Les premiers tests en demi-cellule vs Li° montrent des potentiels de fonctionnement d’environ 1,8–2,2 V vs Li⁺/Li avec comportements réversibles et des capacités théoriques ≈ 100 mAh/g, confirmant la pertinence de ce design moléculaire. Les prochaines étapes porteront sur d’autres dérivées de viologène de sorte à sélectionner le matériau le plus prometteur d’ici un an.
Enfin, ce projet contribue également à la diffusion de la science des batteries organiques auprès des jeunes générations avec notre participation aux Olympiades nationales de Physique – édition 2026.
Alexis, Lilouan, Maxime et Swann, élèves du lycée des Ponts-de-Cé (49), accompagnés de leurs professeurs de physique-chimie Marine Le Grand et Emmanuel Jardin, ont ainsi été soutenus dans la préparation de leur projet entre 2024 et 2025, avec l’appui de la société Bio-Logic. Sélectionnée lors du concours interacadémique du 3 décembre 2025, leur équipe a ensuite remporté la 3ᵉ place au concours national le 31 janvier 2026.

Publication du projet :

•             M. Rajesh et coll., Batteries & Supercaps 2026, 9, e202500403 http://doi.org/10.1002/batt.202500403 – matériaux phénothiazine (électrode +).