L’invention d’une « batterie à air » à base Nafion et sans aucun liquide, durable et rechargeable

Les batteries sont des équipements clés de la transition énergétique. Avec la croissance de la demande en produits électroniques grand public et en véhicules électriques, il devient de plus en plus important d’améliorer leur conception afin d’augmenter leur efficacité et de réduire leur impact sur l’environnement. Les accumulateurs à air offrent à cet effet une perspective intéressante dans la mesure où ils se débarrassent des métaux présents dans les batteries traditionnelles. Leur anode est généralement constituée de molécules organiques redox actives comme des composés à base de quinone et d’amine.

Une batterie à air à semi-conducteurs

Du fait de cette conception, les batteries à air possèdent des performances élevées et ne sont pas exposées au risque de formation de dendrites qui sont dangereuses pour l’environnement et dégradent l’efficacité des cellules. Cependant, les modèles développés jusqu’à présent comportent, tout comme les batteries à base de métaux, des électrolytes liquides. Une caractéristique qui entraîne notamment une résistance électrique élevée et les rend inflammables. Pour remédier à ces problèmes, des chercheurs japonais issus des universités Waseda et de Yamanashi ont inventé une batterie à air rechargeable à semi-conducteurs (SSAB).

Le Nafion en tant qu’électrolyte

Pour présenter la nouvelle recherche, l’équipe a publié, en mai dernier, une étude dans la revue Angewandte Chemie International Edition. Leur invention consiste en une batterie à air rechargeable entièrement solide. Pour l’anode, le professeur Kenji Miyatake et ses collaborateurs ont utilisé un composé chimique appelé 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone (DHBQ). La cathode, elle, est constituée d’un polymère baptisé poly(2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone-3,6-méthylène) (PDBM). Pour ce qui est de l’électrolyte solide, les scientifiques ont porté leur choix sur un polymère conducteur de protons appelé Nafion.

Une capacité de décharge relativement faible

Les expérimentations ont montré que la batterie à air à semi-conducteurs n’était pas vulnérable à l’eau ni à l’oxygène. Le remplacement des électrodes par les composés mentionnés ci-dessus a permis d’atteindre une capacité de décharge par gramme d’un peu moins de 30 mAh. Ce qui est relativement faible par rapport à ce qu’offrent les technologies existantes. Par ailleurs, l’efficacité coulombique de l’accumulateur était de 84 % à 4 °C. Dans un premier temps, la capacité de décharge avait chuté à 44 % après 30 cycles, un chiffre que les chercheurs ont pu porter à 78 % après augmentation de la teneur en polymère conducteur de protons de l’anode. Enfin, l’équipe a constaté que l’utilisation du Nafion comme électrolyte améliorait les performances de l’électrode PDBM et la rendait plus résistante à l’épreuve du temps. Plus d’infos sur cette page.