Une substance fabriquée à partir d’exosquelettes de crabe et de crevette peut servir d’électrolyte dans une batterie au zinc métal. L’électrolyte, la couche des batteries qui conduit les ions zinc du pôle plus au pôle moins pendant que les électrons doivent le traverser, est donc biodégradable. Cela rend la batterie plus durable que les autres batteries, écrire des chercheurs de l’Université du Maryland, États-Unis, dans le magazine Question. Leur espoir est que ce nouveau matériau apportera des batteries au zinc dans l’image pour le stockage stationnaire d’énergie durable.
Les batteries sont un maillon important dans la transition vers une énergie durable. La demande et l’offre d’énergie éolienne et solaire ne correspondent pas toujours pendant la journée. Lors des pics de demande d’énergie, il y a souvent trop peu d’énergie disponible, tandis qu’à d’autres moments, plus d’électricité est produite que nécessaire. Les batteries stationnaires peuvent offrir une solution à ces fluctuations en une journée.
Densité énergétique élevée
À l’heure actuelle, on utilise généralement pour cela des batteries lithium-ion.Ces batteries ont une densité d’énergie élevée et la technologie a été perfectionnée. Mais ils sont en fait parfaitement adaptés aux applications mobiles, où le faible poids et la compacité sont importants. Ceci est moins important pour les grosses batteries stationnaires. C’est pourquoi de nombreuses recherches sont en cours sur d’autres types de batteries, avec des composants bon marché, courants et facilement recyclables. Les batteries à circulation de vanadium, par exemple, ou les batteries au zinc. Elles sont également plus sûres que les batteries au lithium hautement inflammables.
Mais la chargeabilité des batteries au zinc, ainsi appelées parce que le zinc est le porteur de charge, est une question délicate, explique Marnix Wagemaker, professeur de stockage d’énergie électrochimique à TU Delft. « Dans les batteries au zinc métal, l’anode, la borne positive, se dissout complètement lors de la décharge. Le zinc métallique devrait revenir proprement si vous inversez le processus. Mais ça n’arrive pas, ça forme des dendrites, des structures filandreuses. Si les fils deviennent si longs qu’ils touchent l’autre électrode, il y aura un court-circuit interne, ce qui constitue un risque pour la sécurité. De plus, les dendrites forment une grande surface avec laquelle l’électrolyte aqueux couramment utilisé jusqu’à présent peut réagir.
Il est donc très important que les dendrites ne se forment pas, et les propriétés de l’électrolyte jouent un rôle majeur à cet égard. « Il doit bien conduire, être flexible pour pouvoir contrebalancer les dendrites et être stable, ne pas casser au contact du zinc métallique », explique Wagemaker.
Ce sont tous des pas en avant
Marnix Salarié Ma Delft
L’électrolyte que les chercheurs de Question démontrer est un gel composé de chitosane et de zinc. Le chitosane est un biopolymère fabriqué à partir de chitine, une substance présente dans l’exosquelette des crustacés tels que les crabes et les crevettes. Pour fournir une résistance aux dendrites, les chercheurs ont fortement comprimé le matériau poreux. Le matériau contient également peu d’eau qui peut potentiellement réagir en raison de la compression, tandis que l’électrolyte conduit toujours bien les ions. Les chercheurs notent une efficacité de charge de 99,7% et une durée de vie de plus d’un millier de tours de charge.
« C’est un nouveau matériau magnifique qui combine les trois propriétés pour prévenir les dendrites et qui est également facilement recyclable », déclare Wagemaker. « L’efficacité de 99,7 % est un bon début. Mais n’oubliez pas que si vous perdez 0,03 % de votre capacité à chaque charge, il ne vous restera plus que 5 % après mille cycles. C’est là qu’on invente un nouveau matériau, donc à l’échelle du labo, déjà très sympa, mais c’est encore loin de la pratique. Les batteries au lithium ont une efficacité de charge de 99,999 %. »
« Je tombe très souvent sur des études comme celle-ci. En lisant, vous pensez que c’est la percée. Mais ensuite, vous n’en entendrez plus jamais parler », déclare Wagemaker. La plupart meurent sur le chemin de l’utilisation à grande échelle. « D’un autre côté, ce sont tous des pas en avant, il y a beaucoup de recherches en cours sur de nombreuses chimies de batteries différentes, qui ont toutes des avantages spécifiques, et donc un potentiel. Le développement des batteries stationnaires en est vraiment encore à ses balbutiements. La durabilité devient de plus en plus importante à cet égard. La batterie au lithium non durable n’est vraiment plus sacrée.