Fabriqué à partir de matériaux bon marché et recyclables, un nouveau type de batterie rechargeable, mis au point par des scientifiques de l’Académie des sciences tchèque (CAS), va révolutionner les technologies de l’énergie solaire.
Elle ne prend pas feu et n’explose pas. Elle est fabriquée à partir de matériaux extrêmement bon marché et recyclables, résiste à cinq cents cycles de décharge/recharge, et sa capacité est comparable à celle des batteries nickel-métal-hydrure commerciales.
Des scientifiques de l’Institut de physique et de l’Institut de chimie physique J. Heyrovsky de l’Académie des sciences tchèque (CAS) ont mis au point un nouveau type de batterie rechargeable qui apporte une révolution dans les technologies. Elle pourrait trouver une application, par exemple, dans le domaine du stockage de l’énergie solaire.
L’avantage de la nouvelle batterie
Stocker l’électricité produite par les centrales solaires ou éoliennes est un défi majeur. Bien qu’il existe plusieurs types de batteries innovantes sur le marché, la plupart d’entre elles ne sont pas adaptées au stockage de l’électricité à haute capacité, principalement en raison de leur coût élevé. L’avantage de cette nouvelle batterie est la haute tension et les matériaux utilisés, qui sont bon marché et largement disponibles. La batterie est composée d’un électrolyte d’eau salée, de zinc et de graphite. Elle fonctionne sur le principe des réactions d’oxydoréduction électrochimiques.
« Des batteries aqueuses ont déjà été introduites auparavant, mais leur capacité et leur tension relativement faibles ont empêché leur diffusion. Notre équipe a réussi à surmonter ce problème en ajoutant de grandes quantités de sel chaotropique de perchlorate de zinc dans la solution aqueuse », explique Jiří Červenka, le chef d’équipe de l’Institut de physique du CAS.
L’inspiration des scientifiques tchèques
L’effet du sel chaotrope sur les propriétés des solutions aqueuses a été étudié il y a plus de 130 ans par le chimiste allemand Franz Hofmeister, basé à Prague. L’équipe de scientifiques de l’Académie des sciences de la République tchèque s’est inspirée de ses découvertes et a mis au point une batterie qui peut être utilisée, par exemple, dans des systèmes de batteries stationnaires.
« La tension atteinte dans notre batterie est comparable à celle des électrolytes organiques dans les batteries au lithium commerciales. Un avantage indiscutable de notre électrolyte est sa haute conductivité qui, contrairement aux électrolytes organiques, ne chute pas de manière significative même à basse température », explique Jiří Červenka.
Batterie avec électrolyte
La batterie ne prend pas feu et ne peut pas exploser car elle possède un électrolyte ininflammable. C’est une différence majeure par rapport aux batteries Li-ion les plus couramment utilisées. Les batteries Li-ion utilisent des électrolytes organiques inflammables et du lithium, qui peuvent prendre feu spontanément lorsqu’ils sont exposés à l’air. « Ce risque n’existe pas avec notre batterie », souligne Jiří Červenka.
Les scientifiques ont breveté leur solution innovante sous des brevets luxembourgeois et européens. Ils ont également publié les résultats de leurs recherches dans des revues scientifiques prestigieuses, dont la plus récente est le Journal of Materials Chemistry A de cette semaine. Ils recherchent actuellement des partenaires industriels intéressés par la poursuite du développement du produit.
« Ce système est extrêmement intéressant non seulement pour les applications futures mais aussi du point de vue de la recherche fondamentale. Nous avons montré que la structure interne du matériau de l’électrode, par exemple, joue ici un rôle très important, où un excès de perfection ne permet pas d’obtenir les meilleures propriétés à certains égards. Cela peut également constituer un avantage supplémentaire pour les applications », explique un autre membre de l’équipe, Otakar Frank, de l’Institut de chimie physique J. Heyrovsky du CAS, à propos de l’invention.
Le principe de la nouvelle batterie
Le principe de la batterie est basé sur le transport de deux ions différents – le zinc divalent et le perchlorate monovalent. L’avantage du zinc divalent, par rapport au lithium monovalent, est que le zinc peut transférer deux électrons par atome pendant le processus de charge et de décharge. Par conséquent, il peut théoriquement fournir une capacité plus élevée que le lithium pour un volume donné.
Les tests réalisés ont montré que la batterie aqueuse expérimentale atteint une capacité d’environ 45 mAh/g, une tension de sortie de 2 V et 500 cycles de décharge et de recharge sans diminution notable des performances.
Développement de batteries à haute capacité
La capacité résultante de la batterie expérimentale est donc comparable à celle des batteries nickel-métal-hydrure commerciales.
« Je pense qu’il est encore possible d’augmenter considérablement la capacité de cette batterie après une optimisation approfondie », souligne Jiří Červenka. Son équipe va maintenant se concentrer sur les batteries ioniques à haute capacité. La batterie aqueuse à l’aluminium, que les chercheurs ont récemment construite sur un principe similaire, semble également très prometteuse.
Ce rapport a été publié pour la première fois par le CAS.
