Des scientifiques développent une nouvelle stratégie pour des batteries post-lithium-ion durables

Des scientifiques développent une nouvelle stratégie pour des batteries post-lithium-ion durables

Crédit : Université de Bristol

Les chercheurs de Bristol ont développé des batteries ioniques sodium et potassium hautes performances utilisant de la cellulose issue de sources durables.

Les scientifiques du Bristol Composites Institute ont développé une nouvelle stratégie de gélification unidirectionnelle contrôlable qui peut adapter les performances électrochimiques des batteries post-lithium-ion de nouvelle génération avec durabilité et disponibilité à grande échelle. L’article est publié dans la revue Matériaux fonctionnels avancés.

Il existe une demande croissante de stockage d’énergie durable, éthique et à faible coût. Cela est dû en partie à la volonté de développer des systèmes de transport alimentés par batterie – en remplaçant principalement les moteurs à essence et diesel par des véhicules électriques – mais aussi pour les appareils portables tels que les téléphones portables. Actuellement, ces technologies reposent en grande partie sur des batteries lithium-ion.

Les batteries ont deux électrodes et un séparateur, avec ce qu’on appelle un électrolyte entre elles qui transporte la charge. L’utilisation du lithium pour ces batteries pose plusieurs problèmes, notamment l’accumulation de métal à l’intérieur des appareils, ce qui peut entraîner des courts-circuits et une surchauffe.

Les alternatives au lithium, telles que les batteries au sodium et au potassium, n’ont pas toujours été aussi performantes en termes de performances de débit et de capacité à les utiliser de nombreuses fois. Ces performances inférieures sont dues aux tailles plus grandes des ions sodium et potassium et à leur capacité à se déplacer à travers les électrodes de carbone poreuses des batteries.

Un autre problème associé à ces batteries est qu’elles ne peuvent pas être facilement éliminées en fin de vie, car elles utilisent des matériaux qui ne sont pas durables. Le coût des matériaux est également un facteur et il est nécessaire de fournir des sources d’énergie stockées moins chères.

De plus, le lithium est extrait dans des pays comme le Chili, la Bolivie et l’Argentine. Cette exploitation minière est très destructrice, et de piètres antécédents en matière de droits de l’homme y sont associés.

Des scientifiques développent une nouvelle stratégie pour des batteries post-lithium-ion durables

Crédit : Université de Bristol

Travail à l’Université de Bristol au Bristol Composites Institute, publié dans Matériaux fonctionnels avancés, et en collaboration avec l’Imperial College, a développé de nouveaux matériaux d’électrode en carbone basés sur un système de gélification de la glace. Ces matériaux sont appelés aérogels, où des nanocristaux de cellulose (une forme de cellulose de taille nanométrique) sont transformés en une structure poreuse à l’aide de cristaux de glace qui sont cultivés puis sublimés. Cela laisse de grands canaux dans la structure qui peuvent transporter les gros ions sodium et potassium.

Il a été démontré que les performances de ces nouvelles batteries aux ions sodium et potassium surpassent de nombreux autres systèmes comparables, et elles utilisent un matériau d’origine durable, la cellulose. L’auteur correspondant, Steve Eichhorn, professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’Université de Bristol et leader mondial des technologies à base de cellulose, a déclaré :

« Nous avons été stupéfaits par les performances de ces nouvelles batteries. Il existe un grand potentiel pour les développer davantage et pour produire des appareils à plus grande échelle avec cette technologie. »

Jing Wang, auteur principal et titulaire d’un doctorat. étudiant au Bristol Composites Institute, a déclaré : « Nous avons proposé une nouvelle stratégie contrôlable de modélisation de la glace pour fabriquer des nanocristaux de cellulose/aérogels de carbone dérivés d’oxyde de polyéthylène à faible coût avec des canaux hiérarchiquement adaptés et alignés verticalement comme matériaux d’électrode, qui peuvent être utilisés pour bien régler la capacité de débit et la stabilité de cyclage des batteries sodium et potassium-ion.

« Bénéficiant de la renouvelabilité du précurseur et de l’évolutivité à un coût relativement faible dans le processus de synthèse respectueux de l’environnement, ce travail pourrait offrir une voie attrayante pour promouvoir des applications à grande échelle de véhicules électriques durables et de réseaux de stockage d’énergie à grande échelle dans un avenir proche. « 

L’illustration schématique d’aérogels de carbone unidirectionnels à base de glace et alignés verticalement (VCA) et leur morphologie et structure correspondantes.

« À la lumière de ces résultats, nous espérons maintenant collaborer avec les industries pour développer cette stratégie à l’échelle industrielle et explorer si cette technologie unique peut être facilement étendue à une variété d’autres systèmes de stockage d’énergie tels que le zinc, le calcium, l’aluminium – et des batteries magnésium-ion, démontrant ainsi son potentiel universel dans les systèmes de stockage d’énergie de nouvelle génération », a déclaré le professeur Eichhorn.


La technologie chimique du soufre améliore la durée de vie des batteries


Plus d’information:
Jing Wang et al, Ice-Templated, Aérogels de carbone durables avec des canaux hiérarchiquement adaptés pour les batteries au sodium et au potassium-ion, Matériaux fonctionnels avancés (2022). DOI : 10.1002 / adfm.202110862

Fourni par l’Université de Bristol

Citation: Des scientifiques développent une nouvelle stratégie pour les batteries post-lithium-ion durables (2022, 6 janvier) récupéré le 6 janvier 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-01-scientists-strategy-sustainable-post-lithium-ion -batteries.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.