L’intégration des énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien dans le réseau électrique des États-Unis repose sur le développement de batteries de grande capacité pour le stockage à long terme. Cependant, l’absence de technologies de batteries sûres et fiables constitue un obstacle majeur à l’adoption d’une énergie propre et durable. Une équipe de chercheurs a récemment présenté une solution potentielle, avec la conception d’une batterie à ions d’aluminium (Al-ion) à la fois économique et respectueuse de l’environnement.
Les batteries lithium-ion (Li-ion) se retrouvent dans une multitude d’appareils électroniques courants, des outils électriques aux véhicules électriques. Leur utilisation s’explique par leur densité énergétique élevée. Néanmoins, le lithium présente des coûts prohibitifs pour les systèmes de batteries à grande échelle nécessaires au stockage de l’énergie à l’échelle des services publics. De plus, l’inflammabilité des batteries Li-ion représente un risque de sécurité non négligeable. Ces facteurs ont poussé la recherche à explorer des alternatives plus sécuritaires et économiques pour le stockage à long terme.
Vers une nouvelle génération de batteries Al-ion
Les batteries rechargeables à ions d’aluminium constituent une alternative prometteuse. Toutefois, l’électrolyte le plus couramment utilisé, le chlorure d’aluminium liquide, présente des inconvénients notables : il corrode l’anode en aluminium et est extrêmement sensible à l’humidité, ce qui aggrave la corrosion. Ces problèmes affectent la stabilité et la performance électrique au fil du temps. Wei Wang, Shuqiang Jiao et leurs collègues ont donc cherché à concevoir une batterie Al-ion qui surmonterait ces obstacles.
Ils ont innové en ajoutant un sel inerte de fluorure d’aluminium à l’électrolyte contenant des ions d’aluminium, le transformant ainsi en électrolyte à l’état solide. Ce sel forme une structure poreuse en 3D, facilitant la mobilité des ions d’aluminium et augmentant ainsi la conductivité. En outre, lors de la construction de leur batterie, ils ont utilisé du carbonate de fluoroéthylène comme additif interfaciel pour créer un revêtement solide sur les électrodes, évitant la formation de cristaux d’aluminium qui dégradent la santé de la batterie.
Performances et durabilité
Dans leurs expériences, la résistance à l’humidité, ainsi que la stabilité physique et thermique de la batterie, ont été améliorées. Elle a pu résister à des perforations répétées par un objet pointu et à des températures atteignant 200 degrés Celcius. La batterie à ions d’aluminium à l’état solide a également montré une durée de vie exceptionnelle, conservant plus de 99% de sa capacité initiale après 10,000 cycles de charge-décharge. De plus, une grande partie du fluorure d’aluminium peut être récupérée par un simple lavage et recyclée pour une nouvelle batterie, avec une performance légèrement réduite.
Wang a commenté : «Cette nouvelle conception de batterie Al-ion démontre la possibilité d’un système de stockage d’énergie durable, économique et sûr. La capacité à récupérer et recycler les matériaux clés rend la technologie plus durable.»
Les chercheurs indiquent cependant que des améliorations en termes de densité énergétique et de cycle de vie sont encore nécessaires avant une commercialisation à grande échelle.
Légende illustration : Un sel poreux produit un électrolyte à l’état solide qui facilite le mouvement des ions d’aluminium, améliorant ainsi les performances et la longévité de cette batterie Al-ion. Crédit: Adapté d’ACS Central Science 2024, DOI: 10.1021/acscentsci.4c01615
Article : ‘“A Recyclable Inert Inorganic Framework Assisted Solid-State Electrolyte for Long-Life Aluminum Ion Batteries”’ / ( 10.1021/acscentsci.4c01615 ) – American Chemical Society – Publication dans la revue ACS Central Science
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