Batteries aluminium-ion avec capacité de stockage améliorée
Une équipe de chercheurs développe un polymère redox organique comme matériau d'électrode positive pour les batteries aluminium-ion
Les batteries aluminium-ion sont considérées comme une alternative prometteuse aux batteries traditionnelles qui utilisent des matières premières rares et difficilement recyclables comme le lithium. En effet, l'aluminium est l'un des éléments les plus abondants de la croûte terrestre, il est plus facile à recycler et il est en outre plus sûr et moins cher que le lithium. Toutefois, le développement de telles batteries aluminium-ion n'en est qu'à ses débuts, car il manque jusqu'à présent des matériaux d'électrode appropriés qui confèrent à ces batteries une capacité de stockage suffisante. Une équipe de recherche dirigée par Gauthier Studer, le professeur Birgit Esser de l'université d'Ulm, le professeur Ingo Krossing et le professeur Anna Fischer de l'université de Fribourg, a développé un matériau d'électrode positif composé d'un polymère redox organique à base de phénothiazine. Lors de l'essai, les batteries en aluminium dotées de ce matériau d'électrode ont stocké une charge de 167 milliampères-heures par gramme (mAh/g), ce qui n'avait jamais été atteint jusqu'à présent. Le polymère organique redox dépasse ainsi la capacité du graphite, utilisé jusqu'à présent comme matériau d'électrode dans les batteries. Les résultats ont été publiés dans la revue Energy & Environmental Science.
La structure schématique de la batterie représente le processus d'oxydoréduction en cours, au cours duquel le matériau de l'électrode est oxydé et où des anions d'aluminate sont déposés.
Birgit Esser (CC BY-NC 3.0: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/)
Le matériau d'électrode stocke des anions complexes d'aluminium
Le matériau d'électrode est oxydé lors de la charge de la batterie et stocke ainsi des anions complexes d'aluminate. Le polymère organique redox poly(3-vinyl-N-méthylphénothiazine) parvient ainsi à stocker de manière réversible deuxanions[AlCl4] pendant la charge. Comme électrolyte, les chercheurs ont utilisé le chlorure d'éthylméthylimidazolium comme liquide ionique, auquel ils ont ajouté du chlorure d'aluminium. "L'étude des piles à l'aluminium est un domaine de recherche passionnant qui présente un grand potentiel pour les futurs systèmes de stockage de l'énergie", explique Gauthier Studer. "Nous nous concentrons sur le développement de nouveaux matériaux organiques actifs en termes d'oxydoréduction, qui présentent des performances élevées et des propriétés réversibles. En étudiant les propriétés redox de la poly(3-vinyl-N-méthylphénothiazine) dans le liquide ionique à base de chloroaluminate, nous avons réalisé une avancée majeure en démontrant pour la première fois un processus redox réversible à deux électrons pour un matériau d'électrode à base de phénothiazine".
Après 5.000 cycles de charge à 10 C, la batterie conserve 88 pour cent de sa capacité
La poly(3-vinyl-N-méthylphénothiazine) stocke lesanions[AlCl4] à des potentiels de 0,81 et 1,65 volts et fournit des capacités spécifiques allant jusqu'à 167 mAh/g. En revanche, la capacité de décharge du graphite en tant que matériau d'électrode dans les piles à l'aluminium est de 120 mAh/g. Après 5.000 cycles de charge, la batterie présentée par l'équipe de recherche dispose encore de 88 pour cent de sa capacité à 10 C, c'est-à-dire à un taux de charge et de décharge de 6 minutes. Avec un taux de C plus faible, c'est-à-dire un temps de charge et de décharge plus long, la batterie revient à ses capacités initiales sans changement.
"Avec sa tension de décharge et sa capacité spécifique élevées, ainsi que son bon maintien de la capacité à des taux C rapides, ce matériau d'électrode représente une avancée majeure dans le développement de batteries rechargeables en aluminium et donc de solutions de stockage d'énergie avancées et abordables", explique Birgit Esser.
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 Allemand 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.
