Un nouvel additif de l'Université Sungkyunkwan en Corée du Sud permet à une batterie aqueuse de fonctionner pendant 2 800 heures

fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Université Sungkyunkwan en Corée du Sud a développé un nouvel additif électrolytique qui prolonge la durée de vie des batteries aqueuses et améliore leur capacité. Les batteries aqueuses sont considérées comme plus sûres et moins coûteuses que les batteries lithium-ion, mais étaient jusqu'à présent limitées par le dépôt instable de l'électrode de zinc et les réactions secondaires.

L'équipe dirigée par le professeur Hoseok Park de l'Université Sungkyunkwan (SKKU) a découvert que l'ajout d'une petite quantité d'un matériau zwitterionique spécialement conçu à l'électrolyte permet de surmonter les problèmes clés qui entravent la commercialisation des batteries aqueuses. Contrairement aux batteries lithium-ion, les batteries aqueuses utilisent un électrolyte à base d'eau, ininflammable, plus respectueux de l'environnement et moins coûteux à fabriquer. Cependant, leurs performances ont longtemps été limitées par le dépôt instable du zinc et les réactions secondaires entre l'électrode de zinc et l'eau pendant les cycles de charge et de décharge, entraînant corrosion, accumulation inégale du métal et dégradation rapide de la capacité, ce qui réduit la durée de vie de la batterie et limite son application à grande échelle.

Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs ont développé un additif zwitterionique appelé C10. Les zwitterions portent à la fois des charges positives et négatives sur la même molécule, ce qui leur permet d'interagir de manière unique avec les ions environnants. Lorsque le C10 est ajouté à l'électrolyte, les molécules s'auto-assemblent spontanément en nanostructures d'environ 3,77 nanomètres de diamètre. D'une part, elles guident le dépôt plus uniforme des ions zinc sur la surface de l'électrode, réduisant ainsi la formation de structures de zinc irrégulières ; d'autre part, elles forment une fine couche protectrice sur la surface du zinc métallique, empêchant son contact direct avec l'eau et inhibant les réactions secondaires.

Ces effets combinés ont conduit à une amélioration significative des performances : la batterie aqueuse utilisant l'électrolyte modifié peut fonctionner de manière stable pendant plus de 2 800 heures, avec une capacité surfacique de 8,10 mAh cm⁻². L'équipe de recherche indique qu'il s'agit de l'une des meilleures performances jamais rapportées pour un système de batterie aqueuse. Le professeur Park a déclaré que l'ajout simple d'une petite quantité de matériau permet d'améliorer considérablement les performances, sans recourir à des matériaux coûteux ou à des procédés de fabrication complexes.

Améliorer simultanément la durée de vie en cyclage et la capacité de stockage est un défi de longue date dans le développement des batteries aqueuses, et de nombreuses méthodes antérieures ne parvenaient souvent à améliorer qu'un seul aspect au détriment de l'autre. La nouvelle stratégie électrolytique permet de résoudre ces deux problèmes en même temps, sans nécessiter de modifications coûteuses de fabrication. Les chercheurs estiment que cette technologie pourrait être utilisée pour des applications de stockage d'énergie à grande échelle, où la sécurité, le coût et la durabilité sont des facteurs clés. Outre le stockage des énergies renouvelables, cette technologie a également le potentiel d'être appliquée aux infrastructures d'intelligence artificielle et aux systèmes de stockage d'énergie à grande échelle des centres de données. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Nano-Micro Letters.