Le retour des batteries rechargeables Zinc/Eau
L’équipe dirigée par des chercheurs de la A. James Clark School of Engineering de l’Université du Maryland a combiné une ancienne technologie de batterie – le zinc métallique – avec un nouvel électrolyte aqueux à base d’eau.
«Les batteries à base d’eau pourraient être cruciales pour prévenir les incendies dans l’électronique, mais leur capacité de stockage étaient limitées jusqu’à présent.» Pour la première fois, nous disposons d’une batterie capable de concurrencer les batteries lithium-ion en matière de densidé d’énergie sans risque d’explosion ou de feu », a déclaré Fei Wang, un associé postdoctoral nommé conjointement à la Clark School de l’UMD et au US Army Research Laboratory (ARL). L’équipe comprenait également des chercheurs de l’Institut national américain des normes et de la technologie (NIST) et le document a été publié dans Nature.
Une telle batterie au zinc aqueux pourrait être utilisée dans des applications électroniques grand public et des applications critiques pour la sécurité dans des environnements aérospatiaux, militaires et sous-marins.
«Les batteries au zinc existantes sont sûres et relativement peu coûteuses à produire, mais elles ne sont pas parfaites en raison de leur faible durée de vie et de leur faible densité énergétique», a déclaré Chunsheng Wang, professeur à l’UMD. génie chimique et biomoléculaire.
génie chimique et biomoléculaire.
Les batteries au zinc souffrent d’une faible efficacité coulombique (CE) et d’une croissance de dendrites pendant le placage / décapage, et d’une consommation d’eau continue. La nouvelle approche utilise des sels de lithium à des concentrations élevées et produit 180 Wh / kg tout en conservant 80% de aa capacité après plus de 4000 cycles en utilisant un électrolyte LiMn2O4. L’utilisation de l’oxygène comme cathode dans une conception zinc-air fournit 300 Wh / kg (1000 Wh / kg sur la base de la cathode) pendant plus de 200 cycles.
Les chercheurs ont identifié la raison fondamentale causant l’irréversibilité dans les piles au zinc et trouvé un moyen de modifier la structure des cations de zinc chargés positivement. Cela peut également être utilisé avec les systèmes de batteries magnésium ou aluminium.
A suivre: comment dépasser l’irréversabilité
«Parce que la plupart des molécules d’eau du nouvel électrolyte sont fortement liées par le sel hautement concentré, l’eau de l’électrolyte de la batterie au zinc ne s’évapore pas dans une cellule ouverte. C’est ce qui révolutionne les batteries zinc-air qui sont alimentées en oxydant la zinc par l’oxygène de l’air comme ceux utilisés dans le stockage d’énergie du réseau « , a déclaré Chunsheng Wang.
«Les batteries au zinc pourraient fournir un moyen de stockage d’énergie puissant et peu coûteux si elles pouvaient être rechargées. Cette recherche a révélé des moyens de contrôler quelles molécules dans l’électrolyte entourent les ions qui vont et viennent dans une batterie pour stocker et libérer de l’énergie. L’équipe a appliqué ces connaissances pour fabriquer une batterie au zinc hautement rechargeable qui pourrait offrir une alternative économique et sûre pour l’électronique grand public, les voitures et le stockage sur le réseau électrique », a déclaré Joseph Dura, physicien au NIST.
« La découverte importante faite durant ce projet de recherche a résolu le problème central des batteries au zinc/eau, et pourrait affecter d’autres chimies de cations à multivalence en phase aqueuse ou non-aqueuse qui rencontrent des défis similaires, comme les batteries à base de magnésium et aluminium », a déclaré Kang Xu. .
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