D'importantes différences de capacité de stockage ont été constatées dans les batteries à eau, dans le cadre d'un projet financé par le Département de l'Énergie des États-Unis et la National Science Foundation. Grâce à cette découverte, il sera bientôt possible de produire des batteries sans lithium.
Des scientifiques de l'université A&M du Texas ont découvert une différence de 1 000 % dans la capacité de stockage des électrodes de batteries à base d'eau sans métal. Ces batteries sont uniques par rapport aux batteries lithium-ion.
Les scientifiques souhaitent se concentrer sur les batteries de ce type afin de mieux contrôler les chaînes d'approvisionnement nationales. Grâce à leur composition chimique plus sûre, ces batteries permettent d'éviter tout risque d'incendie.
Selon le professeur Lutkenhaus, les batteries aqueuses sont composées d'une électrode, d'une anode et d'une cathode. Les cathodes et les anodes sont constituées de polymères et stockent l'énergie. L'électrolyte est un mélange d'eau et de sels organiques.
Il interagit avec les électrodes et joue un rôle clé dans le stockage de l'énergie et la conduction ionique. Les polymères non conjugués à activité radicalaire et redox sont les meilleurs candidats pour les batteries aqueuses sans métal . Les polymères présentent une cinétique redox rapide et une tension de décharge élevée, ce qui rend la réaction complexe et difficile.
La professeure de génie chimique Jodie Lutkenhaus a déclaré : « Il n’y aurait plus d’incendies de batteries car elles sont à base d’eau. À l’avenir, si des pénuries de matériaux sont prévues, le prix des batteries lithium-ion augmentera considérablement. »
Si nous avons cette batterie alternative, nous pouvons nous tourner vers cette chimie, où l'approvisionnement est beaucoup plus stable parce que nous pouvons les fabriquer ici aux États-Unis, et les matériaux pour les fabriquer sont ici.
« Si une électrode gonfle trop pendant les cycles de charge/décharge, elle ne conduit plus correctement les électrons et on perd toute sa performance », a-t- elle expliqué. « Je pense qu'il existe une différence de 1 000 % dans la capacité de stockage d'énergie, selon le choix de l'électrolyte, en raison des effets de gonflement. »
D'autres chercheurs participant au projet ont mentionné : « Nous démontrons la nature de la réaction d'oxydoréduction en examinant des électrolytes aqueux présentant différents caractères chao-/kosmotropes à l'aide d'une microbalance à cristal de quartz électrochimique avec suivi de la dissipation sur une gamme d'échelles de temps. »
Pour vérifier si la cathode d'une batterie fonctionne mieux en présence de certains sels, des chercheurs ont observé le processus à l'échelle macroscopique . Ils ont mesuré précisément les quantités d'eau et de sel qui pénètrent dans la batterie pendant son fonctionnement.
Le Dr Daniel Tabor , professeur adjoint de chimie, a déclaré : « La théorie et l’expérimentation sont souvent étroitement liées pour comprendre ces matériaux. L’une des nouveautés que nous apportons par calcul dans cet article est de charger l’électrode à différents états de charge et d’observer comment l’environnement réagit à cette charge. »
Nous avons procédé ainsi pour expliquer ce qui a été observé expérimentalement. Cette nouvelle technologie de stockage d'énergie représente une avancée majeure vers les batteries sans lithium.
Nous avons une meilleure idée au niveau moléculaire de ce qui fait que certaines électrodes de batterie fonctionnent mieux que d’autres, et cela nous donne des preuves solides de la direction à prendre dans la conception des matériaux.
La découverte de différences majeures dans les capacités de stockage des batteries à eau marque un tournant. Nous pourrons bientôt disposer de batteries sans lithium.
Source : Matériaux naturels
