Batterie rechargeable magnésium-air tout-solide à haute performance grâce à du graphène

Les batteries rechargeables de grande capacité, capables de supporter des cycles répétés de charge-décharge, sont appelées à devenir des technologies clés pour les véhicules électriques et d’autres éléments d’une société électrifiée. Cependant, les systèmes actuels reposent souvent sur des métaux coûteux comme le lithium et le platine, ce qui crée une demande urgente de matériaux alternatifs plus rentables.

Les batteries rechargeables magnésium-air, qui comprennent une cathode à base de carbone, une anode en magnésium métallique et un électrolyte contenant du chlorure de magnésium, utilisent l’oxygène atmosphérique comme matériau actif à la cathode. Cette conception permet de construire des batteries à haute capacité à faible coût. Bien que la performance théorique des batteries magnésium-air soit presque identique à celle des batteries lithium-air, la présence d’ions chlorure peut provoquer une chloruration interne, entraînant une dégradation et une réduction des performances.

Cette étude présente une cathode en graphène poreux dopé à l’azote dotée d’une forte résistance à l’attaque des chlorures. L’équipe de recherche a fabriqué une batterie rechargeable magnésium-air tout-solide en utilisant du magnésium métallique disponible dans le commerce comme anode et un gel polymère imprégné de chlorure de magnésium comme électrolyte solide. La batterie obtenue a affiché des performances supérieures à celles des systèmes utilisant des cathodes à base de platine. Cette supériorité est attribuée à l’excellente résistance aux chlorures, à la haute activité catalytique et à l’architecture poreuse de la cathode en graphène, qui accueille efficacement les produits de décharge et améliore le transport de masse. De plus, la solidification de l’électrolyte a considérablement amélioré la sécurité et la flexibilité mécanique par rapport aux batteries utilisant un électrolyte liquide. Même pliée à 120°, la batterie a conservé ses performances initiales sans aucun signe de fuite d’électrolyte.

La conception proposée a le potentiel d’élargir les applications des batteries rechargeables, d’atténuer les risques d’approvisionnement en matériaux et de servir d’alternative prometteuse aux systèmes de batteries rechargeables à base de lithium.

Article : Empowered rechargeable solid-state Mgsingle bondO2 battery using free-standing N-doped 3D nanoporous graphene – Journal : Chemical Engineering Journal – DOI : Lien vers l’étude

Source : Tsukuba U.