Batteries zinc-ion durables pour la transition énergétique
Un projet de recherche vise une mise en œuvre industrielle rapide
Les systèmes de stockage d'énergie stationnaires visant à soulager le réseau électrique public lors des pics de charge jouent un rôle important dans la mise en œuvre de la transition énergétique. Les batteries zinc-ion font l'objet d'une attention particulière pour ces applications et d'autres depuis un certain temps, mais sans succès commercial jusqu'à présent. Le projet de recherche "Aqueous Zinc-Ion Batteries ZIB2", financé par le BMBF, étudie maintenant comment une mise en œuvre industrielle peut être couronnée de succès. L'utilisation de matériaux non critiques et peu coûteux, l'augmentation de l'efficacité et l'allongement de la durée de vie ainsi que l'application de modèles de cellules industrielles sont les principaux objectifs scientifiques du projet.
Les batteries zinc-ion aqueuses (ZIB) sont souvent considérées comme une technologie verte de stockage de l'énergie, car leur chimie cellulaire est basée sur du zinc disponible en quantité suffisante. Ces batteries sont considérées comme sûres, respectueuses de l'environnement et économiques. En outre, il n'y a pas de risque d'explosion ou d'incendie car l'eau est un composant essentiel de la cellule. Bien que les systèmes ZIB aient déjà atteint un haut niveau de maturité technologique, la technologie n'a pas encore été en mesure de s'imposer dans de vastes domaines d'application par rapport à la batterie lithium-ion (LIB). Toutefois, comme la demande de technologies de stockage durables continue de croître, les systèmes alternatifs tels que le ZIB sont de plus en plus pris en considération. Le lancement sur le marché de la technologie zinc-ion est accéléré par l'augmentation constante de la demande de stockage d'énergie, la pénurie croissante de matières premières pour les systèmes existants et le désir d'un plus grand respect de l'environnement et d'une plus grande durabilité. Ainsi, les ZIB sont en train de devenir une véritable alternative à la technologie LIB dominante, en particulier dans le domaine du stockage stationnaire.
État de l'art et défis techniques des batteries zinc-ion
Les concepts modernes de batteries zinc-ion consistent, d'une part, en une électrode positive composée de divers matériaux possibles tels que des oxydes de manganèse, des oxydes de vanadium ou des analogues du bleu de Prusse (PBA) comme l'hexacyanoferrate de cuivre et, d'autre part, en une électrode négative faite de zinc métallique. À cela s'ajoute l'utilisation de l'eau comme électrolyte, ce qui augmente considérablement la sécurité intrinsèque du système ZIB.
La rentabilité, l'économie, la sécurité et la durabilité sont aujourd'hui les moteurs du choix d'un système de stockage par batterie adapté aux applications stationnaires, telles que le stockage de l'énergie solaire ou éolienne excédentaire. Contrairement aux technologies établies, telles que la technologie LIB, les systèmes zinc-ion aqueux répondent parfaitement aux exigences critiques du marché mentionnées ci-dessus. Grâce à leur grand respect de l'environnement, aux électrolytes et matériaux aqueux et non toxiques utilisés, à la puissance spécifique élevée essentielle pour les applications de réseau électrique et au faible coût dû à la bonne disponibilité du zinc, les ZIB représentent une approche attrayante pour résoudre le problème actuel et futur du stockage de l'énergie.
Les matériaux cathodiques PBA étudiés dans le cadre du projet ZIB2 se caractérisent par leurs faibles pertes d'énergie et leur capacité à se charger et à se décharger rapidement. Cela les rend particulièrement intéressants pour les applications dans le secteur du stockage stationnaire de l'énergie, où il est nécessaire de réagir rapidement à toute charge de pointe dans le réseau électrique afin d'éviter les pannes de courant généralisées. Un autre avantage des matériaux cathodiques PBA est leur synthèse simple, évolutive et rentable. Dans le cadre d'une commercialisation rapide, de grandes quantités d'électrodes peuvent ainsi être produites et transformées en de nombreuses cellules en fonction de la demande. L'un des principaux inconvénients des systèmes PBA est leur courte durée de vie, qui n'est que de 300 cycles (charge et décharge). Cependant, les partenaires du projet du consortium ZIB2 ont déjà réussi à augmenter la durée de vie des ZIB à base de PBA jusqu'à 800 cycles en modifiant astucieusement la structure du PBA. D'autres stratégies sont poursuivies dans le cadre du projet actuel afin d'accroître les performances de la technologie ZIB et de permettre ainsi une utilisation rapide des cellules développées dans des scénarios d'application réels.
Amélioration de la durée de vie et de l'efficacité grâce à des matériaux et des concepts de cellules innovants
Pour augmenter encore la durée de vie et l'efficacité des batteries zinc-ion, les partenaires du projet synthétisent, caractérisent et optimisent de nouveaux matériaux, tant pour l'anode que pour la cathode. En outre, de nouvelles compositions d'électrolytes sont produites et étudiées en détail. En outre, les mécanismes de vieillissement des électrodes, qui peuvent nuire à la longévité des cellules de la batterie, seront identifiés et analysés. Cela fournira des indices pour optimiser davantage l'interaction entre les électrodes et l'électrolyte. Après l'identification des matériaux et des combinaisons de matériaux prometteurs, plusieurs modèles de cellules orientés vers l'industrie seront développés, produits et testés afin de déterminer le modèle optimal pour un produit final prêt à la production. Différents processus de fabrication seront également abordés, comme l'impression des ZIB. Enfin, tous les matériaux de départ, les composants des cellules et les processus de fabrication seront soumis à une évaluation économique et écologique détaillée afin de déterminer tout le potentiel commercial de cette nouvelle technologie de batterie et de prouver la viabilité économique et le respect de l'environnement du système ZIB.
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.
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