La transition vers les énergies renouvelables nécessite des méthodes efficaces pour stocker de grandes quantités d’électricité. Des chercheurs de l’université technique de Munich (TUM) ont mis au point une nouvelle méthode qui pourrait prolonger de plusieurs ordres de grandeur la durée de vie des batteries zinc-ion aqueuses. Au lieu de quelques milliers de cycles, elles pourraient désormais supporter plusieurs centaines de milliers de cycles de charge et de décharge.
La clé de cette innovation est une couche protectrice spéciale pour les anodes en zinc des batteries. Cette couche résout des problèmes antérieurs tels que la croissance de structures de zinc en forme d’aiguilles – connues sous le nom de dendrites de zinc – ainsi que des réactions chimiques secondaires indésirables qui déclenchent la formation d’hydrogène et la corrosion.
L’équipe de recherche, dirigée par le professeur Roland A. Fischer, titulaire de la chaire de chimie inorganique et métallo-organique à l’école des sciences naturelles de la TUM, utilise un matériau unique à cette fin : un polymère organique poreux appelé TpBD-2F. Ce matériau forme un film stable, ultrafin et très ordonné sur l’anode de zinc, permettant aux ions de zinc de circuler efficacement dans les nanocanaux tout en empêchant l’eau de pénétrer dans l’anode.
Les batteries au zinc, une alternative rentable aux batteries au lithium-ion
Da Lei, doctorant et auteur principal de la recherche publiée dans Advanced Energy Materials, explique : « Les batteries zinc-ion dotées de cette nouvelle couche protectrice pourraient remplacer les batteries lithium-ion dans les applications de stockage d’énergie à grande échelle, par exemple en combinaison avec des centrales solaires ou éoliennes. Elles durent plus longtemps, sont plus sûres et le zinc est à la fois moins cher et plus facilement disponible que le lithium ».
Si le lithium reste le premier choix pour les applications mobiles telles que les véhicules électriques et les appareils portables, ses coûts plus élevés et son impact sur l’environnement le rendent moins intéressant pour le stockage de l’énergie à grande échelle.
Le professeur Roland A. Fischer ajoute : « Il s’agit d’un résultat de recherche vraiment spectaculaire. Nous avons montré que l’approche chimique mise au point par Da Lei est non seulement efficace, mais aussi contrôlable. En tant que chercheurs fondamentaux, nous nous intéressons avant tout aux nouveaux principes scientifiques, et nous en avons découvert un. Nous avons déjà développé un premier prototype sous la forme d’une pile bouton. Je ne vois pas pourquoi nos découvertes ne pourraient pas être transposées à des applications plus larges. Maintenant, c’est aux ingénieurs de reprendre l’idée et de développer les processus de production adéquats ».
Légende illustration : La transition énergétique dépend d’un stockage de masse efficace et durable.
Da Lei, Roland A. Fischer et al: Ion-Transport Kinetics and Interface Stability Augmentation of Zinc Anodes Based on Fluorinated Covalent Organic Framework Thin Films, published in Advanced Energy Materials on October 13, 2024, 10.1002/aenm.202403030
Source : TUM – Traduction enerzine.com
