Progrès dans la technologie des batteries alternatives
Un concept de batterie révolutionnaire : Les chercheurs ouvrent la voie à des batteries bon marché, puissantes et respectueuses de l'environnement
Il n'est pas facile de fabriquer des piles à la fois bon marché, efficaces, durables, sûres et respectueuses de l'environnement. Des chercheurs de l'ETH Zurich sont parvenus à réunir toutes ces caractéristiques dans des piles au zinc métal.
Les batteries au zinc sont considérées comme des alternatives prometteuses aux batteries lithium-ion.
ETH Zürich / Xin Zou
Le monde a besoin de batteries puissantes et bon marché, capables de stocker l'électricité produite de manière durable par le vent ou le soleil, afin que nous puissions l'utiliser quand nous en avons besoin, même lorsqu'il fait sombre ou qu'il n'y a pas de vent. Les batteries les plus courantes qui alimentent nos smartphones et nos voitures électriques sont des batteries lithium-ion. Celles-ci sont assez chères, car la demande mondiale de lithium monte en flèche, et ces batteries sont également hautement inflammables.
Les batteries au zinc à base d'eau offrent une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion. Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'ETH Zurich vient de mettre au point une stratégie qui apporte des progrès décisifs dans le développement de ces batteries au zinc, les rendant plus puissantes, plus sûres et plus respectueuses de l'environnement.
La durabilité est un défi
Les piles au zinc présentent un certain nombre d'avantages : Le zinc est abondant, bon marché et dispose d'une infrastructure de recyclage mature. En outre, les piles au zinc peuvent stocker une grande quantité d'électricité. Plus important encore, les piles au zinc ne nécessitent pas nécessairement l'utilisation de solvants organiques hautement inflammables comme fluide électrolytique, car elles peuvent également être fabriquées en utilisant des électrolytes à base d'eau.
Si seulement il n'y avait pas de problèmes auxquels les ingénieurs doivent faire face lors du développement de ces piles : lorsque les piles au zinc sont chargées à haute tension, l'eau contenue dans le liquide électrolytique réagit sur l'une des électrodes pour former de l'hydrogène gazeux. Dans ce cas, le liquide d'électrolyte s'épuise et les performances de la batterie diminuent. En outre, cette réaction provoque une surpression dans la batterie qui peut être dangereuse. Un autre problème est la formation de dépôts de zinc pendant la charge de la batterie, connus sous le nom de dendrites, qui peuvent percer la batterie et, dans le pire des cas, provoquer un court-circuit et rendre la batterie inutilisable.
Les sels rendent les piles toxiques
Ces dernières années, les ingénieurs ont poursuivi la stratégie consistant à enrichir l'électrolyte liquide aqueux avec des sels afin de maintenir la teneur en eau aussi faible que possible. Mais cette stratégie présente aussi des inconvénients : L'électrolyte devient visqueux, ce qui ralentit considérablement les processus de charge et de décharge. En outre, de nombreux sels utilisés contiennent du fluor, ce qui les rend toxiques et nocifs pour l'environnement.
Maria Lukatskaya, professeur de systèmes énergétiques électrochimiques à l'ETH Zurich, s'est associée à des collègues de plusieurs instituts de recherche aux États-Unis et en Suisse pour rechercher systématiquement la concentration idéale de sel pour les batteries zinc-ion à base d'eau. À l'aide d'expériences étayées par des simulations informatiques, les chercheurs ont pu révéler que la concentration idéale de sel n'est pas, comme on le supposait auparavant, la plus élevée possible, mais une concentration relativement faible : cinq à dix molécules d'eau par ion positif du sel.
Des performances durables et une charge rapide
De plus, les chercheurs n'ont pas utilisé de sels nocifs pour l'environnement pour leurs améliorations, optant plutôt pour des sels d'acide acétique respectueux de l'environnement, appelés acétates. "Avec une concentration idéale d'acétates, nous avons pu minimiser l'épuisement de l'électrolyte et prévenir les dendrites de zinc aussi bien que d'autres scientifiques l'avaient fait auparavant avec des concentrations élevées de sels toxiques", explique Dario Gomez Vazquez, doctorant dans le groupe de Lukatskaya et auteur principal de l'étude. "En outre, notre approche permet de charger et de décharger les batteries beaucoup plus rapidement".
Jusqu'à présent, les chercheurs de l'ETH ont testé leur nouvelle stratégie de batterie à une échelle de laboratoire relativement petite. La prochaine étape consistera à développer l'approche et à voir si elle peut être appliquée à des batteries de grande taille. Idéalement, celles-ci pourraient un jour être utilisées comme unités de stockage dans le réseau électrique pour compenser les fluctuations, par exemple, ou dans les sous-sols des maisons individuelles pour permettre à l'énergie solaire produite pendant la journée d'être utilisée le soir.
Comme l'explique le professeur Lukatskaya de l'ETH, il reste encore quelques défis à relever avant que les piles au zinc ne soient prêtes pour le marché : les piles sont constituées de deux électrodes - l'anode et la cathode - et d'un liquide électrolytique entre les deux. "Nous avons montré qu'en ajustant la composition de l'électrolyte, il est possible de charger efficacement des anodes en zinc", explique-t-elle. "Toutefois, à l'avenir, il faudra également optimiser les matériaux des cathodes pour obtenir des batteries au zinc durables et efficaces.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
