Les batteries secondaires aqueuses attirent de plus en plus l’attention pour leurs avantages en matière de sécurité, de coût et de respect de l’environnement. Cependant, leur adoption à grande échelle rencontre des obstacles dus à une fenêtre de stabilité électrochimique étroite et une densité énergétique relativement faible. Comment surmonter ces limitations pour exploiter pleinement le potentiel des batteries aqueuses dans le domaine du stockage de l’énergie?
Les batteries aqueuses ont été reconnues pour leur sécurité inhérente, leur coût réduit et leur impact écologique moindre, les positionnant comme des candidates sérieuses pour les systèmes de stockage d’énergie de prochaine génération. Toutefois, leur utilisation pratique se voit limitée par une fenêtre de stabilité électrochimique étroite et une densité énergétique insuffisante, ce qui restreint leur performance et leur scalabilité dans des applications à grande échelle. Ces défis soulignent la nécessité de développer des électrolytes avancés capables de surmonter ces barrières.
Une innovation majeure en électrolyte hydrogel
En décembre 2024, des chercheurs de l’Université de Pétrole de Chine (Est de la Chine) ont révélé leurs découvertes dans le journal Energy Materials and Devices. Ils ont synthétisé un nouvel électrolyte hydrogel, baptisé Zn–SA–PSN, qui, lorsqu’il est associé à une cathode de bleu de Prusse, permet d’atteindre une densité énergétique et un taux de cycle élevé dans les batteries hybrides sodium-zinc.
Cet électrolyte hydrogel se base sur un réseau polymère unique caractérisé par des chaînes d’amides interconnectées et des groupes fonctionnels hydrophiles, éléments clés de sa haute performance. Il offre une conductivité ionique impressionnante de 43 mS·cm⁻¹, dépassant largement les électrolytes traditionnels, et une fenêtre de stabilité électrochimique élargie à 2,5 V. Cette extension permet des opérations à des voltages plus élevés, essentiels pour améliorer la densité énergétique des batteries.
Performance et applications potentielles
En collaboration avec une cathode de bleu de Prusse, la batterie hybride sodium-zinc montre une performance remarquable, avec plus de 6000 cycles et une dégradation de capacité minimale de seulement 0,0096% par cycle à une densité de courant élevée de 25 C. Cette stabilité découle de la capacité de l’électrolyte hydrogel à supprimer les réactions secondaires et à inhiber la croissance des dendrites, un défi fréquent avec les anodes de zinc. De plus, la batterie atteint une densité énergétique d’environ 220 Wh·kg⁻¹ avec une performance de taux exceptionnelle, pouvant aller jusqu’à 5 C. La polyvalence de l’électrolyte Zn–SA–PSN permet son utilisation avec différents matériaux cathodiques, rendant compatible son application dans les batteries aqueuses sodium-zinc hybrides et les batteries à ions zinc.
Cette innovation aborde des limitations critiques des technologies de batteries actuelles et ouvre de nouvelles voies pour le développement futur. En effet, le Dr. Linjie Zhi, chercheur principal, a précisé : «Notre électrolyte hydrogel représente une avancée significative dans le domaine des batteries aqueuses. Sa capacité à maintenir une haute performance sur des milliers de cycles et à des densités de courant élevées témoigne de son potentiel pour des applications pratiques dans le stockage de l’énergie.»
Le développement de l’électrolyte hydrogel Zn–SA–PSN a des implications profondes pour l’industrie du stockage de l’énergie. Sa capacité à fournir une densité énergétique élevée et une stabilité à long terme pourrait transformer les systèmes de batteries pour le stockage d’énergie à l’échelle du réseau, les véhicules électriques et d’autres applications nécessitant efficacité et sécurité. Ce progrès souligne également le potentiel des batteries à ions hybrides pour répondre à la demande croissante de solutions de stockage d’énergie durables et performantes.
Légende illustration : Gen AI
Article : ‘Advanced high-voltage and super-stable sodium–zinc hybrid ion batteries enabled by a hydrogel electrolyte’ – DOI : 10.26599/EMD.2024.9370050
Tsinghua University Press – Publication dans la revue Energy Materials and Devices
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