Une batterie zinc-iode d'une stabilité exceptionnelle est désormais une réalité
Des chercheurs de l'université d'Adélaïde ont mis au point une nouvelle électrode sèche pour les batteries aqueuses, qui permet d'obtenir des cathodes plus de deux fois plus performantes que les batteries à l'iode et au lithium-ion.
"Nous avons mis au point une nouvelle technique d'électrode pour les batteries zinc-iode qui évite le mélange humide traditionnel de l'iode", a déclaré le professeur Shizhang Qiao de l'université d'Adélaïde, titulaire de la chaire de nanotechnologie et directeur du Centre for Materials in Energy and Catalysis de l'école d'ingénierie chimique, qui a dirigé l'équipe.
"Nous avons mélangé des matériaux actifs sous forme de poudres sèches et les avons roulés en électrodes épaisses et autoportantes.
"Parallèlement, nous avons ajouté à l'électrolyte une petite quantité d'un produit chimique simple, le 1,3,5-trioxane, qui se transforme en un film protecteur souple sur la surface du zinc pendant la charge.
"Ce film empêche le zinc de former des dendrites pointues - des structures en forme d'aiguille qui peuvent se former à la surface de l'anode de zinc pendant la charge et la décharge - qui peuvent court-circuiter la batterie.
Les batteries zinc-iode aqueuses offrent des avantages inégalés en termes de sécurité, de durabilité et de coût pour le stockage à l'échelle du réseau, mais elles souffrent de problèmes de performance par rapport aux batteries lithium-ion.
L'équipe a publié ses résultats dans la revue Joule.
"La nouvelle technique de préparation des électrodes a permis d'obtenir une charge record de 100 mg de matière active par cm2", a déclaré Han Wu, chercheur associé à l'école d'ingénierie chimique de l'université d'Adélaïde, qui fait partie de l'équipe ayant travaillé sur l'étude.
"Après avoir chargé les piles à poche que nous avons fabriquées et qui utilisent les nouvelles électrodes, elles ont conservé 88,6 % de leur capacité après 750 cycles et les piles à pièce ont conservé près de 99,8 % de leur capacité après 500 cycles.
"Nous avons observé directement la formation du film protecteur sur le zinc en utilisant des mesures infrarouges synchrotron.
Une charge d'iode élevée et une interface robuste avec le zinc permettent de stocker beaucoup plus d'énergie dans chaque pile, pour un poids et un coût moindres. Cela pourrait rapprocher les batteries zinc-iode d'une utilisation réelle pour le stockage à grande échelle ou en réseau.
L'invention de l'équipe présente plusieurs avantages par rapport à la technologie des batteries existantes :
- Capacité plus élevée : les électrodes sèches contiennent plus de matière active que les électrodes traitées par voie humide, dont la capacité maximale est généralement inférieure à 2 mA h cm-2.
- Réduction de l'autodécharge et de la perte de navette : les électrodes sèches denses réduisent la fuite d'iode dans l'électrolyte et la dégradation des performances.
- Meilleure stabilité du zinc : un film protecteur in situ empêche la formation de dendrites, ce qui prolonge considérablement la durée de vie du cycle.
"Cette nouvelle technologie profitera aux fournisseurs de stockage d'énergie, notamment pour l'intégration des énergies renouvelables et l'équilibrage du réseau, qui bénéficieront de batteries moins coûteuses, plus sûres et plus durables", a déclaré le professeur Qiao.
"Les industries qui ont besoin de grandes banques d'énergie stables, par exemple les services publics et les micro-réseaux, pourraient adopter cette technologie plus tôt.
L'équipe prévoit de poursuivre le développement de la technologie afin d'étendre ses capacités.
"La production des électrodes pourrait être augmentée en utilisant la fabrication de bobine à bobine", a déclaré le professeur Qiao.
"En optimisant les collecteurs de courant plus légers et en réduisant l'excès d'électrolyte, la densité énergétique globale du système pourrait être doublée, passant d'environ 45 wattheures par kilogramme (Wh kg-1) à environ 90 Wh kg-1.
"Nous testerons également les performances d'autres chimies halogènes, telles que les systèmes au brome, en utilisant la même approche de traitement à sec.
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