Eau

Crédit image : Texas A&M Engineering

Par la rédaction d'E&T

Publié le mardi 4 avril 2023

Des chercheurs de la Texas A&M University ont montré que les batteries à base d'eau pourraient constituer une alternative plus sûre et plus efficace aux batteries lithium-ion contenant du cobalt.

Ces nouveaux types de batteries réduiraient non seulement la dépendance des États-Unis vis-à-vis des pays exportateurs de cobalt et de lithium, mais pourraient également prévenir les incendies liés aux batteries.

"Il n'y aurait plus d'incendies de batteries car elles sont à base d'eau", a déclaré le professeur de génie chimique, le Dr Jodie Lutkenhaus. "À l'avenir, si des pénuries de matériaux sont prévues, le prix des batteries lithium-ion augmentera considérablement.

"Si nous avons cette batterie alternative, nous pouvons nous tourner vers cette chimie, où l'approvisionnement est beaucoup plus stable car nous pouvons les fabriquer ici aux États-Unis et les matériaux pour les fabriquer sont ici."

Les batteries à base d'eau se composent d'une cathode, d'un électrolyte et d'une anode. Les cathodes et les anodes sont des polymères capables de stocker de l'énergie et l'électrolyte est de l'eau mélangée à des sels organiques.

L'électrolyte est la clé de la conduction ionique et du stockage de l'énergie grâce à ses interactions avec l'électrode, et les recherches récentes de l'équipe indiquent que le choix du matériau peut être crucial.

"Si une électrode gonfle trop pendant le cyclage, elle ne peut pas très bien conduire les électrons et vous perdez toutes les performances", a déclaré Lutkenhaus. "Je crois qu'il y a une différence de 1 000 % dans la capacité de stockage d'énergie, selon le choix de l'électrolyte en raison des effets de gonflement."

Les scientifiques affirment que les nouvelles batteries pourraient être fabriquées à partir de polymères radicaux redox-actifs non conjugués (électrodes). Cependant, la réaction est difficile à analyser en raison du transfert simultané d'électrons, d'ions et de molécules d'eau.

Pour démontrer cette méthode, les chercheurs ont complété les expériences par une simulation et une analyse informatiques.

"La théorie et l'expérience travaillent souvent en étroite collaboration pour comprendre ces matériaux. L'une des nouvelles choses que nous faisons informatiquement dans cet article est que nous chargeons l'électrode à plusieurs états de charge et voyons comment l'environnement réagit à cette charge", a déclaré professeur assistant de chimie Dr Daniel Tabor.

Les chercheurs ont observé macroscopiquement si la cathode de la batterie fonctionnait mieux en présence de certains types de sels en mesurant exactement la quantité d'eau et de sel entrant dans la batterie pendant son fonctionnement.

En cas de succès, les batteries à base d'eau pourraient devenir une alternative plus sûre aux types de batteries utilisés aujourd'hui. Une autre option proposée a été l'utilisation de batteries en caoutchouc.

"Avec cette nouvelle technologie de stockage d'énergie, il s'agit d'une avancée vers les batteries sans lithium. Nous avons une meilleure image au niveau moléculaire de ce qui fait que certaines électrodes de batterie fonctionnent mieux que d'autres, et cela nous donne des preuves solides de la voie à suivre dans les matériaux. conception », a ajouté Tabor.

Les batteries lithium-ion sont responsables d'environ 48% de tous les incendies de déchets - environ 700 par an - qui se produisent au Royaume-Uni chaque année, coûtant aux exploitants de déchets, aux services d'incendie et à l'environnement environ 158 millions de livres sterling par an, selon une étude publiée par Eunomia.

Le rapport informel de l'organisation suggère que le nombre annuel d'incendies de batteries pourrait être trois fois plus élevé que l'estimation d'Eunomia, avec des centaines d'incendies supplémentaires se produisant dans les installations de recyclage et de gestion des déchets et les véhicules de collecte.

En juillet 2022, un énorme incendie dans un gratte-ciel de Londres a incité les pompiers à émettre une alerte urgente concernant le risque d'incendie impliquant les batteries au lithium des vélos électriques convertis.

Le projet de batterie à base d'eau est financé par le département américain de l'Énergie et la National Science Foundation par l'intermédiaire de la Texas A&M Engineering Experiment Station. Les résultats des expériences ont été publiés dans un article de Nature Materials.

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