Le monde a besoin de batteries bon marché et puissantes capables de stocker l’électricité produite de manière resilient à partir du vent ou de la lumière du soleil afin que nous puissions l’utiliser chaque fois que nous en avons besoin, même lorsqu’il fait noir dehors ou qu’il n’y a pas de vent. Les batteries les in addition courantes qui alimentent nos smartphones et nos voitures électriques sont des batteries lithium-ion. Celles-ci sont assez chères vehicle la demande mondiale de lithium monte en flèche, et ces batteries sont également hautement inflammables.
Les batteries au zinc à foundation d’eau offrent une alternative prometteuse à ces batteries lithium-ion. Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’ETH Zurich a maintenant mis au position une stratégie qui apporte des avancées majeures au développement de telles batteries au zinc, les rendant additionally puissantes, in addition sûres et plus respectueuses de l’environnement.
La durabilité est un défi
Les batteries au zinc présentent un selected nombre d’avantages : le zinc est abondant, bon marché et dispose d’une infrastructure de recyclage experienced. De furthermore, les piles au zinc peuvent stocker beaucoup d’électricité. Furthermore critical encore, les batteries au zinc ne nécessitent pas nécessairement l’utilisation de solvants organiques hautement inflammables comme fluide électrolytique, vehicle elles peuvent également être fabriquées à l’aide d’électrolytes à base d’eau.
Si seulement il n’y avait pas de défis auxquels les ingénieurs doivent faire confront lors du développement de ces batteries : lorsque les batteries au zinc sont chargées à haute rigidity, l’eau contenue dans le liquide électrolyte réagit sur l’une des électrodes pour former de l’hydrogène gazeux. Lorsque cela se produit, le liquide électrolytique diminue et les performances de la batterie diminuent. De additionally, cette réaction provoque une surpression dans la batterie qui peut être dangereuse. Un autre problème est la development de dépôts pointus de zinc pendant la demand de la batterie, connus sous le nom de dendrites, qui peuvent percer la batterie et, dans le pire des cas, provoquer un courtroom-circuit et rendre la batterie inutilisable.
Les sels rendent les batteries toxiques
Ces dernières années, les ingénieurs ont poursuivi la stratégie consistant à enrichir l’électrolyte liquide aqueux avec des sels afin de maintenir la teneur en eau aussi faible que attainable. Mais il y a aussi des inconvénients à cela : cela rend le fluide électrolytique visqueux, ce qui ralentit considérablement les processus de charge et de décharge. De moreover, de nombreux sels utilisés contiennent du fluor, ce qui les rend toxiques et nocifs pour l’environnement.
Maria Lukatskaya, professeure de systèmes énergétiques électrochimiques à l’ETH Zurich, s’est maintenant associée à des collègues de plusieurs instituts de recherche aux États-Unis et en Suisse pour rechercher systématiquement la focus idéale en sel pour les batteries zinc-ion à base d’eau. À l’aide d’expériences appuyées par des simulations informatiques, les chercheurs ont pu révéler que la focus idéale en sel n’est pas, comme on le supposait auparavant, la in addition élevée attainable, mais relativement faible : cinq à dix molécules d’eau par ion positif du sel.
Performances durables et charge rapide
De additionally, les chercheurs n’ont utilisé aucun sel nocif pour l’environnement pour leurs améliorations, optant plutôt pour des sels d’acide acétique respectueux de l’environnement, appelés acétates. “Avec une focus idéale d’acétates, nous avons pu minimiser l’épuisement des électrolytes et prévenir les dendrites de zinc aussi bien que d’autres scientifiques l’ont fait auparavant avec des concentrations élevées de sels toxiques”, explique Dario Gomez Vazquez, doctorant dans le groupe de Lukatskaya et auteur principal de l’étude. “De plus, avec notre approche, les batteries peuvent être chargées et déchargées beaucoup plus rapidement.”
Jusqu’à présent, les chercheurs de l’ETH ont testé leur nouvelle stratégie de batterie à une échelle de laboratoire relativement petite. La prochaine étape consistera à étendre l’approche et à voir si elle peut également être traduite pour les grandes batteries. Idéalement, ceux-ci pourraient un jour être utilisés comme unités de stockage dans le réseau électrique pour compenser les fluctuations, par exemple, ou dans les sous-sols des maisons unifamiliales pour permettre à l’énergie solaire produite pendant la journée d’être utilisée le soir.
Il reste encore quelques défis à relever avant que les batteries au zinc ne soient prêtes pour le marché, comme l’explique le professeur Lukatskaya de l’ETH : les batteries se composent de deux électrodes – l’anode et la cathode – et du liquide électrolytique entre elles. “Nous avons montré qu’en ajustant la composition de l’électrolyte, une cost efficace des anodes de zinc peut être activée”, dit-elle. “À l’avenir, cependant, les matériaux de cathode performants devront également être optimisés pour réaliser des batteries au zinc durables et efficaces.”