Parmi les possibilités les moins explorées pour surmonter les limites de la technologie lithium-ion actuelle, on trouve les batteries double-ion, dans lesquelles des ions chargés positivement et négativement sont actifs dans le stockage de l’énergie.
Ces batteries ont un fort potentiel de haute densité énergétique en utilisant des matériaux sûrs et peu coûteux, mais les problèmes de stabilité et de performance de l’électrolyte à des tensions plus élevées se sont révélés difficiles à surmonter. Néanmoins, les concepts double-ion constituent un domaine d’intérêt pour les scientifiques, et un projet commun de groupes américains et allemands pourrait faire progresser la technologie.
Emmené par le Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) aux États-Unis et l’université de Münster en Allemagne, le groupe de chercheurs a fabriqué une « batterie double-ion aqueuse à base de zinc ». Elle est composée d’une anode en zinc, d’une cathode en graphite naturel et d’un électrolyte aqueux concentré en sel de bismuth.
La batterie est décrite dans l’article Enabling Natural Graphite in High Voltage Aqueous Graphite Zn Metal Dual-Ion Batteries, publié dans Advanced Energy Materials. Lors des essais, elle a atteint jusqu’à 2,5 volts et a fourni une capacité d’environ 110 milliampères-heure par gramme (mAh/g) à un courant de charge/décharge de 200 milliampères par gramme (mA/g). À un courant plus élevé de 5000 mA/g, la capacité tombe à 60 mAh/g. Et la batterie conserve 80% de sa capacité initiale après 200 cycles.
Et l’équipe de chercheurs signale que d’autres découvertes faites au cours de ces travaux lui laissent espérer que d’autres optimisations pourront être apportées en termes de performance. « Lors de nos recherches, nous avons réussi à élucider les mécanismes de base de l’intercalation des anions dans le graphite dans un système aqueux au moyen de travaux expérimentaux et de simulations informatiques », explique l’auteur principal de l’article, Ismael Rodriguez du PNNL. « Nous avons ainsi acquis des connaissances importantes pour la poursuite des recherches sur la technologie double-ion pour le stockage de l’énergie au niveau du réseau ».
L’équipe est convaincue qu’elle peut réaliser ces optimisations et que son prototype de laboratoire pourrait être développé en une batterie avec une densité énergétique suffisante pour des applications de stockage au niveau du réseau, si ce n’est pour des véhicules électriques ou d’autres dispositifs plus petits. « … il est évident que l’optimisation de ce système est nécessaire », conclut l’équipe de recherche. « Cependant, ce travail présente un système prometteur, intrinsèquement sûr et rentable, pour le stockage d’énergie à grande échelle orienté vers des applications au niveau du réseau, fondé sur la technologie des batteries aqueuses à double ion. »
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