Une batterie avec un électrolyte biodégradable fabriqué à partir de carapaces de crabe

Dans un article publié le 1er septembre dans la revue Matter, des scientifiques créent une batterie au zinc avec un électrolyte biodégradable provenant d’une source inattendue : des carapaces de crabe. L’accélération de la demande d’énergies renouvelables et de véhicules électriques entraîne une forte demande de batteries qui stockent l’énergie produite et alimentent les moteurs. Mais les batteries à l’origine de ces solutions durables ne sont pas toujours elles-mêmes durables.

« De grandes quantités de batteries sont produites et consommées, ce qui soulève la possibilité de problèmes environnementaux« , explique l’auteur principal Liangbing Hu, directeur du Center for Materials Innovation de l’université du Maryland. « Par exemple, les séparateurs en polypropylène et en polycarbonate, qui sont largement utilisés dans les batteries lithium-ion, mettent des centaines ou des milliers d’années à se dégrader et ajoutent à la charge environnementale.« 

Les batteries utilisent un électrolyte pour faire circuler les ions entre les bornes chargées positivement et négativement. Un électrolyte peut être un liquide, une pâte ou un gel, et de nombreuses batteries utilisent des produits chimiques inflammables ou corrosifs pour cette fonction. Cette nouvelle batterie, qui pourrait stocker l’énergie provenant de sources éoliennes et solaires à grande échelle, utilise un électrolyte en gel fabriqué à partir d’un matériau biologique appelé chitosan.

« Le chitosan est un produit dérivé de la chitine. La chitine a de nombreuses sources, notamment les parois cellulaires des champignons, les exosquelettes des crustacés et les plumes des calmars« , explique M. Hu. « La source la plus abondante de chitosan est l’exosquelette des crustacés, notamment les crabes, les crevettes et les homards, que l’on peut facilement obtenir à partir des déchets de fruits de mer. Vous pouvez en trouver sur votre table« .

Un électrolyte biodégradable signifie qu’environ deux tiers de la batterie pourraient être décomposés par les microbes – cet électrolyte de chitosan s’est complètement décomposé en cinq mois. Il laisse derrière lui le composant métallique, dans ce cas le zinc, plutôt que le plomb ou le lithium, qui pourrait être recyclé.

« Le zinc est plus abondant dans la croûte terrestre que le lithium« , explique M. Hu. « De manière générale, les batteries au zinc bien développées sont moins chères et plus sûres« . Cette batterie au zinc et au chitosan a un rendement énergétique de 99,7 % après 1000 cycles de batterie, ce qui en fait une option viable pour le stockage de l’énergie générée par le vent et le soleil en vue de son transfert vers les réseaux électriques.

Hu et son équipe espèrent continuer à travailler pour rendre les batteries encore plus respectueuses de l’environnement, y compris au niveau du processus de fabrication. « À l’avenir, j’espère que tous les composants des batteries seront biodégradables« , déclare Hu. « Non seulement le matériau lui-même, mais aussi le processus de fabrication des biomatériaux. »

Ces travaux ont été soutenus par la Research Corporation for Science Advancement, Facebook Reality Labs Research, l’école d’ingénierie A. James Clark de l’université du Maryland et le Maryland Nanocenter, et AIMLab.

Matter, Hu et al. “A sustainable chitosan-zinc electrolyte for high-rate zinc metal batteries” https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00414-3