Ils inventent une batterie zinc manganèse ultrastable avec une « densité énergétique exceptionnelle »

Les batteries électriques font partie des équipements dont nous avons besoin pour la transition énergétique. Elles permettent de stocker l’électricité produite par des sources renouvelables telles que le soleil et le vent. Il est donc tout à fait normal que ces dispositifs bénéficient d’une attention particulière de la part des scientifiques. En effet, l’amélioration de leurs performances est essentielle pour répondre aux besoins croissants en matière de stockage d’énergie pour le réseau électrique et les véhicules électriques. En ce sens, les batteries zinc-ion aqueuses constituent une alternative sûre et économique aux accumulateurs au lithium.

Un électrolyte nanomicellaire à base d’eau

Néanmoins, la densité énergétique de ces batteries ainsi que leur durée de vie sont loin d’être satisfaisantes en raison de la performance électrochimique limitée des matériaux formant la cathode et la croissance de dendrites de zinc sur l’anode. Pour résoudre ces problèmes, un groupe de recherche chinois a créé un électrolyte nanomicellaire à base d’eau en utilisant la méthylurée (Mu). Leur solution comprend du sulfate de zinc et du sulfate de manganèse (II). Le professeur Yan Lifeng et ses collaborateurs ont également mis au point une nouvelle couche protectrice d’interface solide-électrolyte (SEI), Znx(Mu)ySO4∙nH2O. Celle-ci a pour rôle de prévenir la corrosion du zinc causée par les molécules d’eau.

Une réduction de la quantité de molécules d’eau

Par ailleurs, le nouvel électrolyte nanomicellaire peut « encapsuler des ions dans la structure du nanodomaine pour guider le dépôt homogène de Zn2+/Mn2+ sous la forme d’une libération contrôlée sous un champ électrique externe », expliquent les chercheurs dans l’étude qu’ils ont publié dans la revue Journal of the American Chemical Society le 1ᵉʳ septembre dernier. L’équipe a constaté que la combinaison entraînait une capacité de combinaison plus forte tout en réduisant la quantité de molécules d’eau au niveau de la structure de la gaine de solvant du Zn2+/Mn2+.

Une densité énergétique relativement élevée

« Le réseau de liaison hydrogène consécutif est rompu et un système de liaison hydrogène local favorable est établi, inhibant ainsi les réactions secondaires dérivées de la division de l’eau », poursuivent les scientifiques dans leur article. Ils ont vérifié le comportement de l’électrolyte nanomicellaire à l’aide d’un microscope électronique. Grâce à cet équipement ainsi qu’à une technique d’observation par rayon X, ils ont constaté l’existence de réactions de transition à deux électrons hautement réversibles dans ledit électrolyte.

En testant ce dernier sur une batterie zinc-manganèse, l’équipe a atteint une densité énergétique exceptionnelle, soit de 800,4 Wh kg-1. « La batterie électrolytique Zn-Mn assemblée démontre également une rétention de capacité exceptionnelle de près de 100 % après 800 cycles », ont-ils ajouté. Plus d’infos : pubs.acs.org. Que pensez-vous de cette technologie ? N’hésitez pas à partager votre avis, vos remarques ou nous signaler une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .