Conception de batteries bio-inspirées
Batteries sodium-ion flexibles améliorées par méthylation de l'électrolyte
Les batteries aqueuses souples, telles que celles utilisées dans l'électronique portable, contiennent souvent un électrolyte hydrogel contenant de l'eau et du sel. Grâce à une modification chimique inspirée de la nature, une équipe de chercheurs chinois a considérablement augmenté la stabilité au sel des hydrogels utilisés dans les batteries sodium-ion. Une simple méthylation du polymère structurel de l'hydrogel a permis d'éviter le salage et d'améliorer la capacité de la batterie ainsi que ses performances de cyclage, rapporte l'équipe dans la revue Angewandte Chemie.
© Wiley-VCH
Les batteries sodium-ion sont une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion, car elles contiennent des matériaux moins chers et plus respectueux de l'environnement que les batteries Li-ion. Toutefois, les nouvelles batteries nécessitent le développement de nombreux nouveaux composants, qui doivent tous être adaptés à l'ion sodium. L'un des composants les plus essentiels est l'électrolyte qui, dans le cas des batteries minces et flexibles, se présente souvent sous la forme d'un hydrogel. Ces matériaux souples contenant de l'eau absorbent les sels de sodium dissous et peuvent conduire les ions.
Malgré l'adéquation des hydrogels, un problème non encore résolu est celui de la séparation des phases et de la salinisation aux fortes concentrations de sel nécessaires pour obtenir une large fenêtre de stabilité électrochimique. Guanglei Cui et ses collègues de l'Académie chinoise des sciences de Qingdao, en Chine, ont réussi à modifier un hydrogel pour une batterie sodium-ion afin qu'il absorbe beaucoup plus de sel de manière stable et sûre.
Pour ce faire, ils ont eu recours à une technique également utilisée dans la nature pour réguler la fixation de l'eau et du sel dans les grandes biomolécules : la méthylation. Dans les protéines, la méthylation entraîne le "plafonnement" des groupes amine et amide, qui deviennent moins accessibles aux molécules d'eau qui jouent un rôle dans la réticulation au sein de la structure de la protéine et dans la dissolution des ions salins.
Comme les polymères polyamides utilisés pour les hydrogels contiennent également des groupes amides, leur réticulation importante par les molécules d'eau peut provoquer une salinisation, ce qui entraîne la dégradation de l'électrolyte. Dans cette optique, l'équipe a comparé un hydrogel composé d'un polyamide commun à un hydrogel composé d'un polyamide avec des groupes amides méthylés. Ce dernier a pu absorber beaucoup plus de sel que la variante originale. Même à des concentrations de sel record, l'électrolyte hydrogel est resté transparent et stable.
La teneur en sel plus élevée signifie que la plage de tension utilisable électrochimiquement de la cellule peut être élargie. En outre, l'équipe n'a observé aucun signe de désintégration au niveau des électrodes, une meilleure stabilité en cyclage et la cellule de batterie assemblée a atteint une plus grande capacité que la variante non méthylée. Il a même été possible d'utiliser une feuille d'aluminium bon marché comme collecteur de courant dans ce système.
Les auteurs suggèrent que la méthylation simple du polyamide pourrait également convenir à d'autres technologies, par exemple dans le développement de médicaments, pour rendre les hydrogels plus résistants aux sels et donc plus stables.
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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