Grâce à la synthèse d’un nouvel électrolyte, un groupe de scientifiques a créé une batterie aluminium-ion économique et écologique capable de fonctionner pendant 10 000 cycles de charge/décharge tout en conservant plus de 99 % de sa capacité initiale.
Crédits : adapté de ACS Central Science 2024, DOI : 10.1021/acscentsci.4c01615
Le dernier effort pour rendre le batteries aux ions d’aluminium compétitif avec la technologie lithium-ion traditionnelle. Un groupe de scientifiques de l’Institut de technologie de Pékin, de l’Université des sciences et technologies de Pékin et de l’Université de technologie de Lanzhou a travaillé sur la structure interne et a obtenu un durabilité sans précédent sans perte de capacité. Une nouvelle conception qui, comme l’expliquent les scientifiques eux-mêmes “montre le potentiel d’un système de stockage d’énergie durable, rentable et hautement sécurisé.”
Les batteries aluminium-ion, que sont-elles et comment fonctionnent-elles ?
Les batteries aluminium-ion (Al-ion) sont dispositifs de stockage électrochimiques qui utilisent des ions aluminium comme porteurs de charge. En réalité, cette technologie est née comme batterie primaire ; il a été rendu rechargeable assez récemment avec l’ajout de électrolytes liquides ioniques non aqueuxdes composés qui empêchent l’aluminium de former une couche d’oxyde passivant, un facteur qui rendait impossibles les cycles de charge/décharge.
Conceptuellement similaires aux batteries lithium-ion, ces batteries présentent à la fois des avantages et des inconvénients.
Dans la version avec électrolyte liquide ionique, je avantages Je suis
- Faible coût: L’aluminium est l’élément métallique le plus abondant dans la croûte terrestre.
- Faible inflammabilité: grâce aux électrolytes liquides ioniques.
- Grande adaptabilité à la température.
- Densité énergétique théorique élevée: 1060 Wh/kg pour les batteries Al-ion par rapport à la limite de 406 Wh/kg pour les batteries lithium-ion.
Les inconvénients :
- Sensibilité à l’humidité: Les électrolytes liquides ioniques conventionnels offrent une susceptibilité marquée à la vapeur d’eau et une forte corrosivité, entraînant la perte des électrolytes eux-mêmes.
- Mauvais contact interfacial.
- Courte durée: la corrosion interne entraîne inévitablement une mauvaise stabilité et une baisse des performances électriques dans le temps.
Batteries à semi-conducteurs en aluminium-ion
Pour pallier ces problèmes, plusieurs ont été expérimentés ces dernières années électrolytes à l’état solide ou semi-solidecependant, se heurtant à d’autres types d’obstacles. Comme une faible conductivité ionique, de mauvaises performances de vitesse ou des processus de fabrication trop coûteux.
C’est là qu’intervient la nouvelle étude chinoise. Les scientifiques ont synthétisé un électrolyte solide innovant pour les batteries rechargeables en aluminium, qui pourrait apparemment résoudre les derniers nœuds. Le composé est en effet caractérisé par conductivité ionique élevée (7,0 mS/cm), taux de transfert anion-ion élevé, faibles coûts de production et sensibilité réduite à l’humidité.
L’astuce pour y arriver ? Ajouter un sel de fluorure d’aluminium inerte vis-à-vis d’un électrolyte contenant des ions aluminium, pour le transformer en électrolyte solide. Le sel en question a une structure poreuse 3D qui permet aux ions de traverser facilement l’électrolyte, augmentant ainsi la conductivité. De plus, l’équipe a employé le carbonate de fluoroéthylène viens additif d’interface pour créer une fine couche solide sur les électrodes afin d’éviter la formation éventuelle de cristaux d’aluminium.
Les nouvelles performances de la batterie aluminium
Lors des tests, la nouvelle batterie à semi-conducteurs en aluminium-ion a montré des améliorations marquées en termes de résistance à l’humidité et de stabilité physique et thermique. Et aussi une durée de vie exceptionnellement longue, atteignant 10 000 cycles de charge-décharge et un perte de moins de 1% de sa capacité initiale.
Cerise sur le gâteau : La majeure partie du fluorure d’aluminium pourrait être récupérée par simple lavage puis recyclée dans une autre batterie avec des performances légèrement réduites. Réduisant ainsi les coûts de production.
Cependant, les chercheurs soulignent que des améliorations supplémentaires en termes de densité énergétique et de cycle de vie seront nécessaires avant la commercialisation. La recherche a été publiée le ACS Science centrale (texte en anglais).
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