Les piles zinc-air semblent être une alternative plus résistante et plus sûre aux piles lithium-ion

Victoria Schramm

Des chercheurs mexicains ont mis au point une batterie qui continue de fonctionner après avoir été perforée, exposée à des flammes et immergée dans l’eau.

Une équipe de recherche mexicaine a mis au point une batterie qui continue de fonctionner même après avoir été perforée et immergée dans l’eau, des conditions qui risqueraient d’enflammer les batteries lithium-ion actuellement utilisées dans les téléphones portables et les véhicules électriques.

Ce prototype ultra-résistant a été développé par Noé Arjona et ses collègues du Centre de recherche sur les matériaux avancés de Chihuahua, au Mexique. « Nous n’utilisons pas de batteries lithium-ion en raison des nombreux problèmes de sécurité liés à l’inflammabilité des électrolytes utilisés dans ce type de technologie », indique M. Arjona. L’équipe a donc fabriqué une batterie métal-air, combinant du métal et de l’oxygène de l’air à la place d’un liquide inflammable.

« De nombreux métaux posent également des problèmes de sécurité lorsqu’ils sont utilisés dans des batteries. La plupart des matériaux les plus actifs figurent sur la liste des matériaux critiques. Nous avons donc voulu utiliser le moins de métal possible », ajoute M. Arjona. Au lieu d’utiliser du métal en vrac à l’intérieur de la batterie, ils ont décidé de créer une feuille de carbone parsemée d’atomes individuels de nickel.

Les scientifiques ont utilisé la lumière intense du Canadian Light Source (CLS) de l’université de Saskatchewan pour analyser leur prototype au niveau moléculaire. Ils ont confirmé que leur conception comportait des atomes de nickel individuels qui, combinés à de nouveaux électrolytes polymères en gel et à du zinc, éliminaient les risques liés à la sécurité associés à une batterie contenant une plus grande quantité de métal et d’électrolytes inflammables.

L’équipe a testé sa batterie en y enfonçant un clou, en la plaçant dans les flammes et en la plongeant dans l’eau. Leur prototype a continué à fonctionner dans chacune de ces conditions extrêmes.

En plus d’être plus sûre, leur conception de batterie n’est pas affectée par les températures extrêmes.

« Au Canada, le rechargement des batteries à des températures très froides, comme celles des véhicules électriques, pose un énorme problème », souligne M. Arjona. « Notre technologie ne rencontre pas les mêmes difficultés avec des températures très basses ou très élevées. »

Comme son équipe se concentre sur l’utilisation de métaux tels que le nickel, qui sont plus abondants et moins coûteux que le lithium et le cobalt, ses travaux pourraient déboucher sur la fabrication de batteries moins chères.

M. Arjona et son équipe explorent également des moyens de rendre leur batterie plus écologique, notamment en intégrant des composants biodégradables. Une fois que la batterie aura atteint la fin de sa durée de vie, ces matériaux pourraient contribuer à enrichir le sol et à faire pousser des plantes. Dans le cadre d’études ultérieures, les chercheurs prévoient d’intégrer des bioplastiques dans leur conception et d’utiliser du fer, que l’on trouve couramment dans le sol, à la place du nickel.

Bien que l’équipe soit enthousiaste quant au potentiel de leur nouvelle conception, Arjona affirme que des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que cette technologie ne soit prête à remplacer les batteries actuelles.

« Si nous voulons des batteries hautement sécurisées, nous devons les concevoir avec des catalyseurs à atome unique », conclut-il. « C’est l’avenir du stockage d’énergie. »

Coello-Mauleón, César, Carlos M. Ramos-Castillo, Alejandro Arredondo-Espínola, Lorena Álvarez-Contreras, Minerva Guerra-Balcázar, Ning Chen, Sixu Deng, and Noé Arjona. « Single-Atom Catalyst with Optimized Ni Content in a Flexible Zn-Air Battery Operated at a Wide Temperature Range. » ACS Applied Materials & Interfaces (2025). 10.1021/acsami.5c13455

Source : CLS