Une équipe de recherche dirigée par le chercheur chinois Wang Chunsheng, professeur au Département de génie chimique et biomoléculaire de l’Université du Maryland (UMD), a atteint de nouvelles étapes dans le domaine des électrolytes de batterie aqueux. Ils ont développé un nouveau système d’électrolyte pour éliminer les barrières techniques de longue date dans le stockage d’énergie aqueux.
Cette innovation, qui devrait combler l’écart entre les batteries aqueuses commerciales d’aujourd’hui, telles que l’hydrure de plomb-acide et de nickel-métal, et les batteries de lithium-ion non aqueuses de pointe, a été publiée le 8 avril dans une étude de la revue Nature Nanotechnology.
« Nous avons développé des électrolytes bi coupéraires aqueux / organiques sans membrane et une résistance à l’interface réduite et un mélange entre les phases aqueuses et organiques en ajoutant des ionophores super lithophiles », a déclaré le Dr Zhang Xiyue, le premier auteur du document.
Les électrolytes à base d’eau attirent l’attention mondiale pour leur sécurité inhérente et leur nature écologique, ce qui en fait de fortes perspectives de stockage d’énergie de nouvelle génération. Cependant, un défi majeur a persisté: une fenêtre de stabilité électrochimique étroite qui limite la tension de travail des batteries aqueuses, limitant leur densité d’énergie et leur portée d’application. Des études antérieures de Wang ont introduit un électrolyte d’eau dans le sel avec une augmentation de la fenêtre de stabilité de 1,23 V à 3,0 V en 2015, une amélioration qui a encore laissé des défis non résolus.
Bien que les électrolytes aqueux dans l’eau ont une fenêtre de stabilité 3,0 V, ils sont toujours incompatibles avec des anodes de lithium à haute énergie ou de graphite, un autre composant clé de la batterie à haute énergie. Cette inadéquation de tension est devenue un goulot d’étranglement pour pousser les batteries aqueuses vers des densités d’énergie plus élevées.
Pour surmonter cela, une équipe dirigée par Wang et le chercheur postdoctoral Zhang Xiyue à l’UMD ont développé un nouveau système d’électrolyte capable de fonctionner à une tension sans précédent de 0,0 à 4,9 V. Cette innovation surmonte la limite de potentiel de réduction de longue date des électrolytes aqueux s’étendant de 1,3 V à 0,0 V – et ouvre la porte à des batteries aqueuses vraiment à haute densité.
Pendant les tests, la batterie du modèle de l’équipe incorporant le nouveau système d’électrolyte a conservé des performances stables après plus de 2 000 cycles, démontrant une durabilité exceptionnelle à long terme.
La technologie détient un potentiel passionnant pour un large éventail d’applications, de l’aviation électrique à un stockage de réseaux à faible teneur en carbone à grande échelle et même à l’extraction de lithium à partir de l’eau de mer.
Reconnaissant le rôle clé de la régulation de la structure des solvants dans l’amélioration des performances de la batterie, Wang et Zhang ont également publié une revue complète dans la revue Advanced Materials. L’article décrit les principes fondamentaux et les mesures clés de la conception des électrolytes aqueux, analyse les défis scientifiques actuels et propose des stratégies futures innovantes.
Ensemble, ces résultats poussent la frontière du développement aqueux d’électrolyte et offrent un fondement théorique et technologique pour construire des systèmes de stockage d’énergie de nouvelle génération qui sont sûrs et riches en densité d’énergie.
