La batterie à métal liquide à température ambiante, une voie à suivre

Les chercheurs de la Cockrell School of Engineering de l’université du Texas à Austin ont construit un nouveau type de batterie qui combine les nombreux avantages des options existantes tout en éliminant leurs principaux inconvénients et en économisant l’énergie.

La plupart des batteries sont composées soit d’électrodes à l’état solide, comme les batteries lithium-ion pour l’électronique portable, soit d’électrodes à l’état liquide, y compris les batteries à flux pour les réseaux intelligents. Les chercheurs de l’UT ont créé ce qu’ils appellent une « batterie à métal liquide à température ambiante », qui comprend le meilleur des deux mondes des batteries à l’état liquide et à l’état solide.

Les batteries à l’état solide ont une capacité importante de stockage d’énergie, mais elles rencontrent généralement de nombreux problèmes qui les dégradent au fil du temps et diminuent leur efficacité. Les piles à l’état liquide peuvent fournir de l’énergie plus efficacement, sans la dégradation à long terme des appareils à l’état vendu, mais elles ne répondent pas aux besoins énergétiques élevés ou nécessitent des ressources importantes pour chauffer constamment les électrodes et les maintenir en fusion.

Les électrodes métalliques de la batterie de l’équipe peuvent rester liquéfiées à une température de 20 degrés Celsius (68 degrés Fahrenheit), la plus basse température de fonctionnement jamais enregistrée pour une batterie à métal liquide, selon les chercheurs. Cela représente un changement majeur, car les batteries à métal liquide actuelles doivent être maintenues à des températures supérieures à 240 degrés Celsius.

« Cette batterie peut offrir tous les avantages de l’état solide et de l’état liquide – notamment plus d’énergie, une stabilité et une flexibilité accrues – sans les inconvénients respectifs, tout en économisant de l’énergie« , a déclaré Yu Ding, chercheur postdoctoral dans le groupe de recherche du professeur associé Guihua Yu au sein du département de génie mécanique de Walker.

Ding est l’auteur principal d’un article sur la batterie à température ambiante que l’équipe a récemment publié dans Advanced Materials.

La batterie comprend un alliage sodium-potassium comme anode et un alliage à base de gallium comme cathode. Dans cet article, les chercheurs notent qu’il pourrait être possible de créer une batterie avec des points de fusion encore plus bas en utilisant différents matériaux.

La batterie à température ambiante promet plus de puissance que les batteries lithium-ion actuelles, qui constituent l’épine dorsale de la plupart des appareils électroniques personnels. Elle peut se charger et fournir de l’énergie plusieurs fois plus rapidement, ont déclaré les chercheurs.

Grâce à ses composants liquides, la batterie peut être facilement mise à l’échelle, selon la puissance nécessaire. Plus la batterie est grande, plus elle peut fournir de puissance. Cette flexibilité permet à ces batteries d’alimenter potentiellement tout, des smartphones aux montres, en passant par les infrastructures qui sous-tendent le mouvement vers les énergies renouvelables.

« Nous sommes ravis de voir que le métal liquide pourrait constituer une alternative prometteuse pour remplacer les électrodes conventionnelles« , a déclaré le professeur Yu. « Compte tenu de la haute densité d’énergie et de puissance démontrée, cette cellule innovante pourrait être potentiellement mise en œuvre à la fois pour le réseau intelligent et l’électronique portable« .

Les chercheurs ont passé plus de trois ans sur ce projet, mais le travail n’est pas encore terminé. Nombre des éléments qui constituent l’épine dorsale de cette nouvelle batterie sont plus abondants que certains des matériaux clés des batteries traditionnelles, ce qui les rend potentiellement plus faciles et moins coûteux à produire à grande échelle. Cependant, le gallium reste un matériau coûteux. Trouver des matériaux de substitution capables d’offrir les mêmes performances tout en réduisant le coût de production reste un défi majeur.

L’étape suivante pour augmenter la puissance de la batterie à température ambiante consiste à améliorer les électrolytes — les composants qui permettent à la charge électrique de circuler dans la batterie.

« Bien que notre batterie ne puisse pas concurrencer les batteries à haute température et à métal liquide au stade actuel, une meilleure capacité de puissance est attendue si les électrolytes avancés sont conçus avec une conductivité élevée« , a déclaré M. Ding.