Aller de l’avant dans le développement de batteries zinc-iode durables
Les oligosaccharides biodégradables apportent une solution à un problème majeur
Annonces
Alors que la forte hausse de la demande en batteries lithium-ion fait grimper les prix, des experts de l'université de Flinders réalisent des progrès dans le développement d'une batterie rechargeable aqueuse au zinc-iode, à la fois sûre et plus durable.
Dans leur dernière étude, publiée dans la prestigieuse revue internationale Angewandte Chemie, l'équipe de recherche de Flinders a mis au point une batterie aqueuse au zinc-iode (AZIB) capable d'effectuer plus de 60 000 cycles de charge et de décharge.
« Les batteries rechargeables au zinc-iode en solution aqueuse s’imposent comme une alternative viable aux batteries lithium-ion pour le stockage d’énergie à grande échelle, et notre groupe travaille actuellement avec l’industrie pour mettre en place une plateforme de prototypage dédiée à ce système de batterie », explique Zhongfan Jia, professeur associé de chimie et titulaire de la chaire Matthew Flinders au Collège des sciences et de l’ingénierie de l’université Flinders.
L’iode fait partie des molécules les plus simples présentant des réactions électrochimiques réversibles et peut offrir une capacité de charge électrique théorique de 211 mAh/g (milliampères-heure par gramme). Cependant, l’un des principaux défis de cette technologie émergente réside dans la prévention de la migration des espèces de polyiode à travers le séparateur.
Le système mis au point par l’équipe de l’université Flinders repose sur un matériau hôte polymère organique à base de cyclodextrine, peu coûteux, qui piège et libère efficacement les polyhalogénures dans les AZIB, lesquelles peuvent fonctionner à une tension comprise entre 1,3 et 1,4 volts (V) et offrent une capacité de 200 mAh/g sur 8 000 cycles lorsqu’elles sont rechargées complètement en sept minutes, ou de 150 mAh/g sur plus de 60 000 cycles lorsqu’elles sont rechargées complètement en seulement trois minutes.
Les cyclodextrines constituent une famille d’oligosaccharides cycliques produits par conversion enzymatique à partir de l’amidon. Elles sont largement utilisées dans les ingrédients alimentaires, pharmaceutiques et cosmétiques, et leur structure unique – une surface hydrophile et une cavité interne hydrophobe – les rend idéales pour piéger les polyiodures. Cette nouvelle chimie « hôte-invité » empêche l’effet de navette des espèces polyiodées.
« Ce système offre une nouvelle approche pour atténuer le phénomène de navette des polyiodures en utilisant des polymères dérivés d’oligosaccharides peu coûteux et biodégradables, permettant ainsi la mise au point de batteries zinc-iode aqueuses durables et à longue durée de vie », explique le professeur associé Jia.
La demande et la consommation croissantes de batteries lithium-ion (LIB), qu’il s’agisse de véhicules électriques ou d’appareils électroniques portables, ont entraîné des pénuries de ressources, des problèmes d’approvisionnement coûteux et d’importants défis en matière de recyclage des déchets. L’Australie produit environ 3 300 tonnes de déchets de batteries LIB par an, un chiffre qui devrait passer à plus de 136 000 tonnes d’ici 2036.
Les AZIB utilisent généralement du zinc métallique, et l’Australie détient les plus grandes réserves et ressources connues de zinc au monde, représentant 20 % à 28 % du total mondial.
« En tant que premier producteur et exportateur mondial, nous pouvons utiliser ces ressources en zinc pour un stockage d’énergie plus sûr, ce qui est important pour la production énergétique en Australie », explique le premier co-auteur, Shangxu Jiang, doctorant au laboratoire Jia de l’université de Flinders, qui travaille sur les polymères durables pour l’énergie et l’environnement.
Le deuxième coauteur principal, Zhipeng Pei, en collaboration avec la coauteure senior, la professeure Michelle Coote de l’université Flinders, a mis au point la modélisation informatique nécessaire à ce projet.
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.
Publication originale
Autres actualités du département science
