Si dans quelques années nous voulons passer à une production énergétique vraiment verte, nous aurons besoin de systèmes de stockages très efficaces. C’est dans ce but et plusieurs autres, que des chercheurs de la Cockrell School of Engineering de l’université du Texas à Austin ont construit un nouveau type de batterie qui combine les nombreux avantages des options existantes tout en éliminant leurs principales lacunes et en économisant l’énergie.

Une batterie à métal liquide

La plupart des batteries sont composées soit d’électrodes à l’état solide, comme les batteries lithium-ion pour l’électronique portable, soit d’électrodes à l’état liquide, y compris les batteries à flux pour les réseaux intelligents. Les chercheurs de l’UT ont créé ce qu’ils appellent une « batterie tout métal liquide à température ambiante », qui associe le meilleur des deux mondes des batteries à l’état liquide et à l’état solide.
Les batteries à l’état solide ont une capacité importante de stockage d’énergie, mais elles rencontrent généralement de nombreux problèmes qui les dégradent au fil du temps et diminuent leur efficacité. Les batteries à l’état liquide peuvent fournir de l’énergie plus efficacement, sans cette dégradation à long terme, mais elles ne répondent pas aux besoins énergétiques élevés ou nécessitent des ressources importantes pour chauffer constamment les électrodes et les maintenir en fusion.
Les électrodes métalliques de la batterie de l’équipe peuvent rester liquéfiées à une température de 20 degrés Celsius, la plus basse température de fonctionnement jamais enregistrée pour une batterie à métal liquide, selon les chercheurs. Cela représente un changement majeur, car les batteries à métal liquide actuelles doivent être maintenues à des températures supérieures à 240 degrés Celsius.

Elle offre plusieurs avantages

« Cette batterie peut offrir tous les avantages de l’état solide et de l’état liquide, y compris plus d’énergie, une stabilité et une flexibilité accrues, tout en économisant de l’énergie », a déclaré Yu Ding, chercheur postdoctoral dans le groupe de recherche du professeur associé Guihua Yu au sein du département de génie mécanique de Walker.
Cette batterie comprend un alliage sodium-potassium comme anode et un alliage à base de gallium comme cathode. Dans cet article, les chercheurs notent qu’il pourrait être possible de créer une batterie avec des points de fusion encore plus bas en utilisant différents matériaux.

Une grande flexibilité

Grâce aux composants liquides, cette batterie peut être facilement mise à l’échelle, selon la puissance nécessaire. Plus la batterie est grande, plus elle peut fournir de puissance. Cette flexibilité permet à ces batteries d’alimenter potentiellement tout, des smartphones aux montres en passant par les infrastructures qui sous-tendent le mouvement vers les énergies renouvelables.
« Nous sommes ravis de voir que le métal liquide pourrait constituer une alternative prometteuse pour remplacer les électrodes conventionnelles », a déclaré le professeur Yu. « Compte tenu de la haute densité d’énergie et de puissance démontrée, cette batterie innovante pourrait être potentiellement mise en œuvre à la fois pour un réseau intelligent et l’électronique portable ».
Les chercheurs ont passé plus de trois ans sur ce projet, mais ce travail n’est pas encore terminé. De nombreux éléments qui constituent l’épine dorsale de cette nouvelle batterie sont plus abondants que certains des matériaux clés des batteries traditionnelles, ce qui les rend potentiellement plus faciles et moins coûteux à produire à grande échelle.

Trouver des matériaux de substitution moins coûteux

Cependant, le gallium reste un matériau coûteux. Trouver des matériaux de substitution capables d’offrir les mêmes performances tout en réduisant le coût de production reste un défi majeur.
L’étape suivante pour augmenter la puissance de cette batterie à température ambiante consiste à améliorer les électrolytes, les composants qui permettent à la charge électrique de circuler dans la batterie. « Bien que notre batterie ne puisse pas concurrencer les batteries à haute température et à métal liquide au stade actuel, une meilleure capacité de puissance est attendue si les électrolytes sont conçus avec une conductivité élevée », a déclaré M. Ding.
Cette recherche a été publiée dans Advanced Materials.
Source : University of Texas at Austin
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