Amélioration de la cathode d’une batterie potassium-ion
Une équipe de chercheurs européens affirment avoir réalisé une percée qui pourrait contribuer à la mise au point d’une nouvelle génération de batteries potassium-ion.
L’équipe internationale dirigée par des chimistes de l’université de Glasgow, en Écosse, et des experts en essais de batteries de l’institut Helmholtz d’Ulm, en Allemagne, a utilisé un matériau composé de chrome et de sélénium dans une batterie potassium-ion.
Les cellules d’accumulateurs potassium-ion à faible coût et à charge rapide se rapprochent ainsi d’une alternative viable aux cellules lithium-ion pour les systèmes de stockage d’énergie (ESS).
Certaines des conceptions actuelles les plus performantes pour les batteries potassium-ion utilisent des cathodes fabriquées à partir de blanc de Prusse, qui est également utilisé pour les cellules des batteries sodium-ion. Cependant, le blanc de Prusse doit être mélangé avec du carbone pour augmenter sa conductivité et obtenir les meilleurs résultats. De son côté, Group1, aux États-Unis, a présenté au début de l’année une cellule de batterie potassium-ion également basée sur le blanc de Prusse dans un format cylindrique 18650.
En revanche, la cathode conductrice en séléniure de chrome permet d’obtenir des performances élevées avec moins de 10 % de carbone. Le prototype a une capacité de 125 milliampères-heure par gramme, très proche de sa capacité théorique maximale de 127 milliampères-heure par gramme.
Une structure en couches permet aux ions potassium de se déplacer plus facilement entre les couches pendant la charge et la décharge. Cela permet à la batterie de conserver 85 % de sa capacité dans des conditions de laboratoire, même lorsqu’elle est chargée et déchargée à grande vitesse.
« Les batteries lithium-ion, très performantes, sont à ce jour les plus utilisées dans tous les domaines. Cependant, le potassium est un matériau beaucoup plus abondant, et les batteries potassium-ion ont un grand potentiel en tant que méthode alternative de stockage et d’acheminement de grandes quantités d’électricité. L’adoption de batteries potassium-ion à des fins de stockage stationnaire pourrait permettre de libérer les ressources en lithium pour les utiliser à l’avenir dans des applications mobiles plus gourmandes en énergie », a déclaré le Dr Alexey Ganin, chercheur à l’école de chimie de l’université de Glasgow et chef du groupe Glasgow ElectroChemistry on Solids (GECOS)..
« Ces résultats sont prometteurs, mais nous pensons que les performances de la batterie pourraient être encore améliorées avec le bon électrolyte. Les électrolytes des batteries lithium-ion peuvent être achetés dans le commerce, mais des travaux supplémentaires sont nécessaires pour affiner leurs performances . Nous souhaitons nous associer à des experts en robotique qui peuvent nous aider à tester les milliers de combinaisons chimiques potentielles pour trouver le meilleur candidat possible à utiliser dans notre batterie », a déclaré M. Ganin.
La prochaine étape pour l’équipe consiste à poursuivre les recherches afin d’identifier un électrolyte qui permettra lors des prochains perfectionnements de la conception de la batterie potassium-ion d’améliorer les performances.
Des chercheurs de l’université d’Ulm, de l’institut de technologie de Karlsruhe, de l’université du Kent, de l’institut catalan de nanoscience et de nanotechnologie et de l’ICREA sont également partie prenante.
Reversible K-Ion Intercalation in CrSe2 Cathodes for Potassium-Ion Batteries : Combined Operando PXRD and DFT studies est publié dans Journal of Materials Chemistry A.
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