Les chercheurs du Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) en Chine ont récemment réalisé une avancée significative dans le domaine des batteries à métal zinc en milieu aqueux (AZMBs). En développant un électrolyte innovant appelé “sable imbibé”, ils ont réussi à faire fonctionner ces batteries pendant 1700 cycles dans une vaste plage de températures.
La nécessité de solutions de stockage d’énergie
L’augmentation de la demande en solutions de stockage d’énergie résulte du besoin de réduire la dépendance aux combustibles fossiles. Bien que les centrales solaires et éoliennes produisent une grande quantité d’énergie propre, leur production est souvent intermittente, coïncidant avec des périodes où la demande d’énergie est plus faible.
Les batteries lithium-ion à l’heure actuelle
Actuellement, les batteries lithium-ion (LIB) sont largement utilisées en tant que solutions de stockage d’énergie, grâce à leur capacité énergétique élevée. Cependant, l’essor des installations d’énergie renouvelable à haute capacité et la montée des prix du lithium rendent l’utilisation de ces batteries de plus en plus coûteuse. De plus, les risques d’incendie et d’explosion liés à leur chimie ont conduit à un questionnement sur leur viabilité à long terme.
Interesting Engineering a fourni une couverture approfondie sur les différentes alternatives disponibles, notamment les batteries à eau, pour lesquelles les AZMBs se présentent comme une option viable.
Qu’est-ce que les AZMBs ?
Les batteries à métal zinc en milieu aqueux utilisent des solutions à base d’eau contenant des sels de zinc comme électrolytes, offrant ainsi des alternatives relativement peu coûteuses et écologiques. L’extraction de zinc est moins dommageable pour l’environnement que celle du lithium, et ces batteries sont intrinsèquement plus sûres. Ces caractéristiques font des AZMBs un choix idéal pour le stockage d’énergie à l’échelle du réseau.
Les défis des AZMBs
Malgré leurs avantages, les AZMBs n’ont pas encore été déployées commercialement en raison de plusieurs problèmes liés à leur chimie. L’électrolyte à base d’eau peut se décomposer lors de l’opération, entraînant la libération de gaz hydrogène, ce qui provoque la corrosion de l’anode et la dissolution des matériaux de la cathode. De plus, des réactions secondaires incontrôlables peuvent survenir lorsque la température dépasse 60 °C, ce qui peut entraîner un gonflement de la batterie et diminuer sa performance.
Un autre problème se pose durant le processus de charge, où un dépôt inégal de zinc forme des structures ressemblant à des aiguilles, appelées dendrites, augmentant le risque de court-circuit et rendant la batterie susceptible de tomber en panne.
La solution innovante du “sable imbibé”
Pour surmonter ces défis, une équipe dirigée par Chen Zhongwei et Wong Dongdong au DICP a introduit un électrolyte appelé MASSE. Ce nouveau système se compose de glycol diéthylique et de nanoparticules d’oxyde d’aluminium, qui limitent l’activité de l’eau libre, augmentant ainsi la stabilité interfaciale et la réversibilité électrochimique des AZMBs.
Le MASSE offre une stabilité thermique exceptionnelle tout en supprimant les réactions secondaires indésirables provoquées par l’eau, permettant un dépôt de zinc homogène même à des températures élevées. Les chercheurs ont démontré la viabilité du MASSE en construisant une cellule complète Zn||PANI et en l’exploitant dans une large plage de températures, allant de la température ambiante à 140 °C.
Ils ont constaté que cette cellule pouvait fournir une densité de courant de 8 ampères par gramme et durer 1700 cycles. Une cellule de poche en métal zinc élaborée par l’équipe a réussi à atteindre plus de 100 cycles stables à 80 °C, avec une imagerie thermique confirmant une distribution uniforme de la température.
Professeur Chen a déclaré dans un communiqué que le MASSE ne se limite pas à l’avancement des batteries aqueuses à haute température, mais qu’il constitue également une stratégie de conception d’électrolyte innovante pour les systèmes de stockage d’énergie de prochaine génération capables de fonctionner sous des conditions difficiles.
FAQ
Quelles sont les applications potentielles des AZMBs ?
Les AZMBs pourraient trouver des applications dans le stockage d’énergie pour les centrales électriques à partir de sources renouvelables, ainsi que dans les systèmes de secours d’énergie.
En quoi le processus d’extraction du zinc est-il moins nuisible ?
L’extraction du zinc implique généralement des méthodes moins polluantes et moins énergivores par rapport à celle du lithium, ce qui conduit à un impact environnemental moindre.
Les AZMBs sont-elles recyclables ?
Oui, les batteries à base de zinc peuvent généralement être recyclées, et des recherches sur des méthodes de recyclage durables sont en cours.
Quels sont les défis environnementaux des batteries lithium-ion ?
Les batteries lithium-ion posent des problèmes d’exploitation minière nuisibles et de gestion des déchets, qui peuvent entraîner des impacts environnementaux négatifs.
Quand les AZMBs pourraient-elles être disponibles commercialement ?
Le développement commercial des AZMBs dépendra de la résolution des problèmes techniques et de l’optimisation des coûts, mais les avancées récentes sont prometteuses.
