Une nouvelle batterie à base d’eau pourrait contribuer à réduire la dépendance au lithium pour le stockage de l’énergie
Cela pourrait marquer la fin des incendies de batteries et protéger l’approvisionnement en batteries contre les risques géopolitiques.
Des chercheurs de l’université A&M du Texas, aux États-Unis, ont étudié des électrodes de batterie à base d’eau sans métal qui pourraient un jour être utilisées pour un large éventail d’applications, à la place des batteries lithium-ion courantes aujourd’hui.
Les batteries lithium-ion sont au cœur de l’électrification des transports que les pays du monde entier entreprennent pour réduire leurs émissions de carbone. Si les États-Unis ont des projets ambitieux pour passer à ce mode de transport plus propre, ils sont également bien conscients de leurs lacunes dans ce domaine.
Les composants essentiels des batteries lithium-ion, tels que le lithium et le cobalt, sont largement importés aux États-Unis, ce qui expose l’ensemble du secteur à des risques importants en cas d’escalade des tensions géopolitiques. Les chercheurs de l’université A&M du Texas font partie des nombreux groupes soutenus par le ministère américain de l’énergie et la National Science Foundation qui recherchent des alternatives aux batteries lithium-ion.
Batteries sans métal et à base d’eau
Jodie Lutkenhaus et Daniel Tabor, professeur et professeur adjoint de génie chimique à l’université, effectuent depuis quelques années des recherches sur les batteries à base d’eau. Selon les chercheurs, les batteries se composent d’une cathode, d’une anode et d’un électrolyte, comme les batteries ordinaires.
La différence, cependant, est que les électrodes sont constituées de polymères, au lieu de métaux, et que l’électrolyte utilisé est de l’eau mélangée à des sels organiques. Dans une telle configuration, la batterie ne prend pas feu et l’électrolyte à base d’eau joue un rôle essentiel dans la conduction des ions et le stockage de l’énergie. Au cours de ses interactions avec les électrodes, ces dernières peuvent gonfler, ce qui entraîne une perte de performance.
Les chercheurs ont découvert que les polymères radicaux non conjugués, actifs sur le plan redox, sont donc les matériaux idéaux pour la fabrication de ces électrodes, car ils présentent une tension de décharge élevée. Selon le matériau utilisé, la différence de capacité de stockage d’énergie peut atteindre 1 000 %.
« Nous démontrons la nature de la réaction d’oxydoréduction en examinant des électrolytes aqueux de caractère chao-/kosmotrope variable à l’aide d’une microbalance électrochimique à cristal de quartz avec surveillance de la dissipation à différentes échelles de temps », écrivent les chercheurs dans l’article publié dans Nature Materials. Cependant, la réaction entre le polymère et l’électrolyte est difficile à résoudre car il y a de nombreux transferts simultanés d’électrons, d’ions et de molécules d’eau.
Le groupe de recherche s’est appuyé sur la simulation et l’analyse informatique pour ses résultats et a obtenu des informations sur les structures et la dynamique à l’échelle moléculaire microscopique, selon un communiqué de presse.
Dans certaines des expériences menées, les chercheurs ont également pu observer macroscopiquement si la cathode fonctionnait mieux avec certains sels dans l’électrolyte en mesurant les concentrations de sel et d’eau.
Les chercheurs prévoient d’effectuer d’autres simulations à l’avenir afin de mieux comprendre la théorie qui sous-tend le fonctionnement de la batterie, ce qui permettra ensuite de concevoir de meilleurs matériaux pour la fabriquer.
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
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