Nos batteries rechargeables modernes, telles que les batteries lithium-ion, sont loin d’être durables. Les batteries organiques avec des matériaux d’électrodes redox-organiques (redox-organic electrode materials : OEM), qui peuvent être synthétisés à partir de matériaux « verts » naturels, constituent une solution de remplacement.
Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe chinoise vient de présenter un nouvel OEM pour les batteries organiques aqueuses à haute capacité, qui peut être recyclé facilement et à peu de frais.
Les matériaux d’électrode inorganiques traditionnels utilisés dans les batteries commerciales posent toute une série de problèmes : ressources limitées, éléments toxiques, problèmes environnementaux, conditions d’extraction en partie inacceptables, capacité limitée, difficultés de recyclage et coûts élevés. Aucune batterie durable ne peut être développée à grande échelle sur la base de ces électrodes, bien qu’elles soient nécessaires à la transition énergétique.
Les batteries organiques utilisées par les équipementiers n’en sont encore qu’au tout début de leur longue route vers une application pratique. Une équipe dirigée par Chengliang Wang, de l’université des sciences et technologies de Huazhong, a franchi une étape importante dans cette direction. L’objectif est d’utiliser les OEM dans des batteries à électrolytes aqueux. Ceux-ci sont plus « verts », plus durables et moins coûteux que les électrolytes organiques conventionnels des batteries lithium-ion.
L’équipe a choisi d’utiliser l’azobenzène, un matériau qui peut être produit à peu de frais à grande échelle et qui est insoluble dans l’eau tout en étant très soluble dans les solvants organiques. Alors que la plupart des autres groupes fonctionnels ne peuvent transférer qu’un seul électron, le groupe azoïque (-N=N-) de cette molécule est capable de transférer deux électrons de manière réversible, ce qui contribue à une capacité élevée.
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Des analyses approfondies ont démontré que, pendant le processus de décharge, l’azobenzène est converti en hydroazobenzène après avoir absorbé deux des électrons, par la liaison rapide et réversible de deux protons (H+).
Des prototypes de piles à monnaie et de piles à poche laminées de différentes tailles avec des OEM en azobenzène et des contre-électrodes en zinc ont atteint des capacités de l’ordre de l’ampère-heure, qui ont été conservées pendant 200 cycles de charge/décharge.
Contrairement aux OEM polymères, les petites molécules d’azobenzène peuvent être recyclées à peu de frais par une simple extraction à l’aide de solvants organiques commerciaux. Le matériau de l’électrode est stable à l’air dans ses états de charge et de décharge et peut être recyclé avec des rendements supérieurs à 90 % dans chaque état de charge. Les produits recyclés peuvent être directement réutilisés en tant qu’équipementiers sans perte de capacité.
A propos de l’auteur
Chengliang Wang est professeur à l’université des sciences et technologies de Huazhong (HUST). Il se concentre sur les nouveaux matériaux organiques et polymères conjugués pour l’optoélectronique et les batteries.
