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Des chercheurs américains expérimentant une architecture de batterie à usage unique vieille de plusieurs décennies ont mis au point une nouvelle version rechargeable, offrant une capacité de stockage environ six fois supérieure à celle des solutions lithium-ion actuelles.

Une conception innovante

Décrit dans la revue Nature, ce nouveau dispositif métal alcalin-chlore est basé sur une chimie apparue dans les années 1970 : le chlorure de lithium-thionyle. Si de telles batteries sont réputées pour leur haute densité d’énergie, elles reposaient jusqu’à présent sur un chlore hautement réactif, les condamnant à une utilisation unique. Alors que les électrons se déplacent d’un côte à l’autre pendant la décharge d’une batterie rechargeable ordinaire, avant de reprendre leur forme initiale lorsque cette dernière est rechargée, dans ce cas précis, le chlorure de sodium est converti en chlore, trop réactif pour être reconverti efficacement en chlorure.

Les scientifiques de l’université de Stanford pourraient bien avoir trouvé une solution à ce problème. Alors qu’ils réalisaient des expériences avec du chlorure de sodium et du chlore pour essayer d’améliorer les performances de leur dispositif, ces derniers ont découvert que le produit chimique s’était en fait stabilisé, rendant ainsi la batterie rechargeable. Des recherches ultérieures ont conduit l’équipe à développer un nouveau type d’électrode composé de carbone poreux agissant comme une éponge, en absorbant les molécules de chlore erratiques afin de les stocker en toute sécurité pour les reconvertir en chlorure de sodium.

« La molécule de chlore est piégée et protégée dans les minuscules pores des nanosphères de carbone lorsque la batterie est chargée », explique Guanzhou Zhu, auteur principal de l’étude. « Une fois celle-ci vidée, nous pouvons décharger la batterie et convertir le chlore en NaCl – le sel de table – et répéter ce processus sur de nombreux cycles. »

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Des performances impressionnantes

Le prototype de batterie peut actuellement tenir 200 cycles de charges (contre 500 à 1 000 cycles pour un dispositif lithium-ion bien entretenu), mais l’équipe estime que ce résultat pourrait être largement amélioré. Les expériences réalisées ont également démontré sa très haute densité énergétique, atteignant 1 200 mAh par gramme de matériau d’électrode, soit une capacité de stockage environ six fois plus élevée que celle offerte par les batteries classiques.

L’équipe estime que la technologie pourrait équiper des dispositifs auditifs et des télécommandes, ou des appareils ne nécessitant qu’une recharge peu fréquente, comme des satellites ou des capteurs à distance qui pourraient être alimentés par l’énergie solaire. Pour une utilisation dans les smartphones et les véhicules électriques, son nombre de cycles devra être augmenté et sa structure adaptée.

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