Les sulfonamides constituent un matériau de cathode robuste pour les batteries à protons

Les sulfonamides constituent un matériau de cathode robuste pour les batteries à protons

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Les batteries à protons sont un type de batterie innovant et respectueux de l’environnement dans lequel la charge est transportée par des protons, qui sont des ions hydrogène chargés positivement. Une équipe de chercheurs a maintenant développé des sulfamides organiques comme matériau robuste et flexible pour les cathodes de ces batteries. Comme l’explique l’équipe dans le journal Édition internationale de chimie appliquéeles cathodes sulfamides atteignent également une tension de sortie plus élevée que les cathodes conventionnelles.

Dans la recherche constante d’alternatives aux batteries lithium-ion, les batteries à protons se sont avérées avoir un grand potentiel. Plutôt que de stocker la charge sous forme d’ions lithium, ils transfèrent à la place des protons légers et très mobiles. En conséquence, ce type de batterie ne nécessite pas l’extraction de lithium nocive pour l’environnement et non durable. De plus, les protons mobiles permettent d’obtenir des temps de charge nettement plus courts que pour les autres types de batteries.

Malgré ces avantages, les performances des électrodes dans les batteries à protons doivent encore être améliorées. A ce jour, les cathodes (électrodes positives) ne pouvaient atteindre qu’une tension de sortie assez faible, insuffisante pour la plupart des applications. Désormais, Bingan Lu et son équipe basée à l’Université du Hunan à Changsha (Chine) ont amélioré cette tension en remplaçant les produits chimiques composant le matériau de la cathode. Au lieu de composés carbonylés organiques ou de pigments à base de cyanure, ils ont utilisé des sulfamides organiques.

Plutôt que de stocker les protons au niveau des atomes d’oxygène, comme c’est le cas dans les composés carbonylés, les sulfamides stockent les protons au niveau de l’atome d’azote du groupe sulfonamide. Les chercheurs expliquent pourquoi cela est bénéfique : “l’atome d’azote a un site vacant de plus que l’atome d’oxygène qui peut accepter des électrons étrangers, ce qui le rend beaucoup plus adaptable”.

En attachant des groupes attracteurs d’électrons à l’échafaudage moléculaire, les chercheurs ont pu augmenter le potentiel électrique du matériau. À 1 V, la tension de sortie obtenue était 20 % plus élevée que dans les meilleurs matériaux, et les chercheurs sont convaincus qu’il y a encore place à l’amélioration grâce à une conception moléculaire soignée.

Pour assembler une batterie à protons complète, Lu et ses collègues ont également développé un électrolyte de type gel qui a été adapté au matériau de cathode sulfonamide et a permis une construction flexible. Cette batterie malléable a conservé sa capacité pendant plus de 600 cycles de charge/décharge.

L’avantage d’utiliser des sulfamides ne s’arrête pas à leur adaptabilité chimique. Lu et ses collègues rapportent que le nouveau matériau de cathode est également facile à fabriquer, stable dans des conditions environnementales standard et pratiquement insoluble dans l’eau. L’équipe souligne que les batteries à protons à base de sulfamide de ce type ne contiennent pas de métaux lourds et sont constituées de composés organiques non toxiques, elles sont donc facilement recyclables.


Une batterie lithium-ion organique sans métal de classe 4 V se rapproche de la réalité


Plus d’information:
Dongyang Shen et al, cathodes à haut potentiel avec des centres actifs d’azote pour les batteries proton-ion quasi-solides, Édition internationale de chimie appliquée (2022). DOI : 10.1002 / anie.202201972

Citation: Les sulfonamides constituent un matériau de cathode robuste pour les batteries à protons (2022, 22 avril) récupéré le 22 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-sulfonamides-robust-cathode-material-proton.html

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