Une équipe suisse, canadienne et américaine multiplie par 10 000 la vitesse de déplacement des ions chlorure dans les batteries à chlorure

fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche internationale a démontré la faisabilité d’un déplacement plus efficace des ions chlorure dans les matériaux de batteries à l’état solide, une avancée réalisée par des chercheurs suisses, canadiens et américains, axée sur les systèmes de batteries destinés au stockage d’énergie sur réseau. L’équipe a introduit de petites quantités de calcium, de magnésium ou de strontium dans le matériau d’oxychlorure de lanthane, le calcium s’avérant le plus efficace, multipliant la vitesse de déplacement des ions chlorure par jusqu’à 10 000. Cette découverte a été publiée dans ACS Applied Energy Materials.

Les chlorures présents dans l’eau de mer sont parmi les matières premières chimiques les plus facilement accessibles sur Terre, et leur abondance attire l’attention des chercheurs en batteries. La technologie des batteries lithium-ion reste dominante, mais le stockage d’énergie à l’échelle du réseau privilégie la disponibilité des matériaux, le coût, la sécurité, la sécurité d’approvisionnement et la durée de vie opérationnelle, plutôt que la compacité et la densité énergétique. Selon les données de Ressources naturelles Canada (Natural Resources Canada), la production mondiale de lithium a plus que doublé au cours des cinq dernières années, le Canada représentant 4,4 % des réserves mondiales connues, et la concentration des réserves pose des risques pour la planification à long terme des grands projets de stockage.

Le principal défi des batteries à ions chlorure a toujours été la mobilité des ions dans les matériaux solides. Sarbajit Banerjee, professeur à l’École polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zürich) et directeur du laboratoire des sciences des batteries à l’Institut Paul Scherrer (Paul Scherrer Institute), en collaboration avec le doctorant Jingxiang Cheng, a modifié un matériau solide capable de conduire les ions chlorure. L’équipe a introduit de petites quantités de calcium, de magnésium ou de strontium dans la structure atomique de l’oxychlorure de lanthane, le calcium ayant l’effet le plus fort, multipliant la vitesse de déplacement des ions chlorure par jusqu’à 10 000. Le matériau modifié est devenu plus flexible au niveau atomique, améliorant les voies de transport des ions. La Source lumineuse canadienne (Canadian Light Source) a utilisé des rayons X ultra-brillants sur la ligne de faisceau VLS-PGM pour expliquer les changements structurels internes du matériau.

Cette recherche en est encore à un stade précoce, et les batteries à l’état solide au chlorure nécessitent encore beaucoup de développement avant d’être testées dans des projets de réseau. Avec l’expansion de l’énergie éolienne et solaire, les réseaux ont besoin de technologies de stockage avec différentes durées, structures de coûts et chaînes d’approvisionnement. Les chercheurs indiquent que les batteries au chlorure pourraient ne pas être une solution à court terme, mais pourraient faire partie d’une transition plus large vers la construction de systèmes de stockage d’énergie à partir de matériaux plus abondants.