Des chercheurs montrent des interactions électrode-eau améliorées dans des batteries aqueuses sans métal

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Crédit: CC0 Public Domain

Les batteries font partie de la vie quotidienne moderne, alimentant tout, des ordinateurs portables, des téléphones et des robots aspirateurs aux appareils auditifs, aux stimulateurs cardiaques et même aux voitures électriques. Mais ces batteries présentent potentiellement des risques pour la sécurité et l’environnement.

Dans une étude récemment publiée dans Cell Reports Science Physique, des chercheurs de l’Université Texas A&M ont étudié les composants d’un autre type de batterie – une batterie à base d’eau sans métal – qui réduirait la nature inflammable des batteries standard et diminuerait le nombre d’éléments métalliques utilisés dans leur production.

La plupart des batteries sont Li-ion et contiennent du lithium et du cobalt, qui sont des éléments stratégiques à l’échelle mondiale, ce qui signifie qu’elles ne sont situées que dans certains pays mais essentielles à l’économie mondiale et à la fabrication de batteries aux États-Unis.

«Ce travail permet la conception future de batteries aqueuses sans métal», a déclaré le Dr Jodie Lutkenhaus, professeur et titulaire de la chaire Axalta Coating Systems au département de génie chimique Artie McFerrin de Texas A&M. «En nous débarrassant des métaux, nous pouvons répondre à la demande mondiale pressante de métaux stratégiques utilisés dans les batteries, et en devenant aqueux, nous remplaçons l’électrolyte volatil inflammable par de l’eau».

En utilisant une technique de mesure très sensible appelée microbalance à cristal de quartz électrochimique avec surveillance de la dissipation, les chercheurs ont pu déterminer comment les électrons, les ions et l’eau se transfèrent dans l’électrode lorsqu’elle est chargée et déchargée.

«Avec ces informations, nous avons montré que de meilleures interactions électrode-eau conduisaient à une amélioration des performances de stockage d’énergie», a-t-elle déclaré.

La capacité de stockage d’énergie était inférieure à celle des batteries Li-ion traditionnelles, mais cela ouvre la voie à une batterie plus durable et moins volatile à l’avenir.

La recherche en est à ses débuts et il existe des opportunités pour diverses applications dans le monde réel. Un potentiel particulier est celui des batteries implantables pour dispositifs médicaux.

L’intérêt de Lutkenhaus a commencé lorsqu’elle a appris la pression exercée sur des éléments stratégiques tels que le lithium et le cobalt en raison de l’augmentation de la fabrication de batteries.

« En utilisant des matériaux complètement différents, comme nous le faisons avec les polymères ici, nous éliminons complètement les métaux de l’image », a-t-elle déclaré. « Mon aspect préféré de ce travail est notre capacité à caractériser en profondeur les processus de transport moléculaire associés à ce polymère redox. Ce n’est qu’au cours des dernières années que nous avons pu résoudre de tels effets à cette échelle de temps et de masse. »

Pour l’avenir, Lutkenhaus a déclaré qu’ils devront identifier davantage de polymères compatibles avec la conception.

«Une fois que nous avons cela, nous pouvons produire une cellule pleine haute performance pour une utilisation pratique», a-t-elle déclaré.


Les implications énergétiques des polymères radicalaires organiques


Plus d’information:
Ting Ma et al, Transfert mixte électron-ion-eau dans les radicaux macromoléculaires pour batteries aqueuses sans métal, Cell Reports Science Physique (2021). DOI: 10.1016 / j.xcrp.2021.100414

Fourni par Texas A&M University

Citation: Des chercheurs montrent des interactions électrode-eau améliorées dans des batteries aqueuses sans métal (23 avril 2021) récupéré le 23 avril 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-04-electrode-water-interactions-metal-free-aqueous -batteries.html

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