Une nouvelle batterie polypeptidique recyclable, sans métal, qui se dégrade à la demande.

L’introduction des batteries lithium-ion (Li-ion) a révolutionné la technologie dans son ensemble, entraînant des avancées majeures dans les biens de consommation dans presque tous les secteurs. Les appareils alimentés par des batteries sont devenus omniprésents dans le monde entier. Bien que la disponibilité de la technologie soit généralement une bonne chose, cette croissance rapide a conduit directement à plusieurs problèmes éthiques et environnementaux clés concernant l’utilisation des batteries Li-ion.

Les batteries Li-ion actuelles utilisent des quantités importantes de cobalt, qui, dans plusieurs cas internationaux bien documentés, sont extraits par le travail des enfants dans des environnements dangereux. En outre, seul un très faible pourcentage des batteries Li-ion est recyclé, ce qui accroît la demande de cobalt et d’autres éléments stratégiques.

Une équipe pluridisciplinaire de chercheurs de l’université A&M du Texas a fait une percée qui pourrait permettre à la production de batteries de s’affranchir du cobalt.

Dans un article publié dans le numéro de mai de la revue Nature, Jodie Lutkenhaus, titulaire de la chaire Axalta Coating Systems et professeur au département de génie chimique Artie McFerrin, et Karen Wooley, professeur émérite au département de chimie et titulaire de la chaire de chimie W.T. Doherty-Welch au College of Science, décrivent les grandes lignes de leurs recherches sur une nouvelle plate-forme technologique de batterie totalement exempte de métal. Cette nouvelle plateforme technologique de batterie utilise une construction de radicaux organiques polypeptidiques.

« En s’éloignant du lithium et en travaillant avec ces polypeptides, qui sont des composants des protéines, nous entrons vraiment dans un domaine qui non seulement évite le besoin d’extraire des métaux précieux, mais ouvre des possibilités d’alimenter des appareils électroniques portables ou implantables et aussi de recycler facilement les nouvelles batteries« , a déclaré M. Wooley, récemment honoré en tant que professeur SEC de l’année 2021. « Elles [les batteries polypeptidiques] sont dégradables, elles sont recyclables, elles sont non toxiques et elles sont plus sûres dans tous les domaines. »

La batterie organique radicalaire entièrement polypeptidique composée de macromolécules d’acides aminés redox-actifs résout également le problème de la recyclabilité. Les composants de la nouvelle plate-forme de batterie peuvent être dégradés à la demande dans des conditions acides pour générer des acides aminés, d’autres éléments constitutifs et des produits de dégradation – l’une des principales percées de cette recherche, selon Lutkenhaus.

« Le gros problème des batteries lithium-ion à l’heure actuelle est qu’elles ne sont pas recyclées dans la mesure où nous en aurons besoin pour la future économie des transports électrifiés« , a ajouté M. Lutkenhaus. « Le taux de recyclage des batteries au lithium-ion est actuellement de l’ordre de quelques chiffres. La batterie lithium-ion contient des matériaux précieux, mais il est très difficile de les récupérer et cela demande beaucoup d’énergie.« 

Le développement d’une batterie organique radicalaire sans métal, entièrement polypeptidique, composée de macromolécules d’acides aminés redox-actifs qui se dégradent à la demande, marque un progrès significatif vers des batteries durables et recyclables qui minimisent la dépendance aux métaux stratégiques.

Pour la prochaine étape, Wooley et Lutkenhaus ont commencé à travailler en collaboration avec le Dr Daniel Tabor, professeur adjoint au département de chimie, dans le cadre d’une bourse 2020 Texas A&M Triads for Transformation (T3) qui vise à utiliser l’apprentissage automatique pour optimiser les matériaux et la structure de la plateforme de la batterie.

[ Illustration – Crédit / Texas A&M Engineering ]