26.04.2022 - Angewandte Chemie

Haute tension de sortie

Les sulfonamides constituent un matériau cathodique robuste pour les piles à protons

Les piles à protons sont un type de batterie innovant et respectueux de l'environnement dans lequel la charge est transportée par des protons, qui sont des ions hydrogène chargés positivement. Une équipe de chercheurs vient de mettre au point des sulfonamides organiques comme matériau robuste et flexible pour les cathodes de ces batteries. Comme l'explique l'équipe dans la revue Angewandte Chemie, les cathodes en sulfonamide atteignent également une tension de sortie plus élevée que les cathodes conventionnelles.

Dans la recherche constante d'alternatives aux batteries lithium-ion, les batteries à protons s'avèrent avoir un grand potentiel. Au lieu de stocker la charge sous forme d'ions lithium, elles transfèrent des protons légers et très mobiles. Par conséquent, ce type de batterie ne nécessite pas l'extraction du lithium, qui est nuisible à l'environnement et non durable. En outre, les protons mobiles permettent de réduire considérablement le temps de charge par rapport aux autres types de batteries.

Malgré ces avantages, les performances des électrodes des batteries à protons doivent encore être améliorées. Jusqu'à présent, les cathodes (électrodes positives) n'étaient capables d'atteindre qu'une tension de sortie assez faible, insuffisante pour la plupart des applications. Aujourd'hui, Bingan Lu et son équipe basée à l'université Hunan de Changsha (Chine) ont amélioré cette tension en remplaçant les produits chimiques composant le matériau de la cathode. Au lieu de composés carbonylés organiques ou de pigments à base de cyanure, ils ont utilisé des sulfonamides organiques.

Plutôt que de stocker les protons sur les atomes d'oxygène, comme c'est le cas dans les composés carbonylés, les sulfonamides stockent les protons sur l'atome d'azote du groupe sulfonamide. Les chercheurs expliquent pourquoi cela est bénéfique : "l'atome d'azote a un site vacant de plus que l'atome d'oxygène qui peut accepter des électrons étrangers, ce qui le rend beaucoup plus adaptable."

En attachant des groupes attracteurs d'électrons à l'échafaudage moléculaire, les chercheurs ont pu augmenter le potentiel électrique du matériau. À 1 V, la tension de sortie obtenue était de 20 % supérieure à celle des matériaux les plus proches. Les chercheurs sont convaincus qu'il est possible d'améliorer encore davantage le matériau grâce à une conception moléculaire minutieuse.

Pour assembler une batterie complète de protons, Lu et ses collègues ont également mis au point un électrolyte gélifié adapté au matériau cathodique sulfonamide et permettant une construction flexible. Cette batterie malléable a conservé sa capacité sur 600 cycles de charge/décharge.

L'avantage de l'utilisation des sulfonamides ne se limite pas à leur adaptabilité chimique. Lu et ses collègues indiquent que le nouveau matériau cathodique est également facile à fabriquer, stable dans des conditions environnementales standard et pratiquement insoluble dans l'eau. L'équipe souligne que les piles à protons à base de sulfonamides de ce type ne contiennent aucun métal lourd et sont constituées de composés organiques non toxiques, de sorte qu'elles sont facilement recyclables.

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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