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Les chercheurs du laboratoire d’électronique organique de l’université de Linköping, ont fait pour la première fois la démonstration d’une batterie organique. Elle est d’un type connu sous le nom de « batterie à flux« , avec une grande capacité qui peut être utilisée pour stocker l’énergie des éoliennes et des cellules solaires, et comme banque d’énergie pour les voitures électriques.

Une batterie organique

Les batteries redox à flux sont des batteries stationnaires dans lesquelles l’énergie est située dans l’électrolyte, à l’extérieur de la cellule elle-même, comme dans une pile à combustible. Elles sont souvent commercialisées avec le préfixe « éco », car elles offrent la possibilité de stocker l’énergie excédentaire provenant, par exemple, du Soleil et du vent.
De plus, il semble possible de les recharger un nombre illimité de fois. Cependant, les piles à flux redox contiennent souvent du vanadium, un métal rare et coûteux. L’électrolyte dans lequel l’énergie est stockée dans une batterie à flux, peut être à base d’eau, ce qui rend l’utilisation d’une batterie sûre, mais entraîne une densité énergétique plus faible.
Mikhail Vagin et ses collègues du laboratoire d’électronique organique du campus de Norrköping, ont maintenant réussi à produire non seulement un électrolyte à base d’eau, mais aussi des électrodes en matière organique, ce qui augmente considérablement la densité énergétique. Il est ainsi possible de fabriquer des batteries à flux, entièrement organiques pour le stockage, par exemple, de l’énergie du Soleil et du vent, et pour compenser les variations de charge dans un réseau d’alimentation électrique.

L’électrolyte à base d’eau contient des molécules de quinone

Ils ont utilisé le polymère conducteur PEDOT pour les électrodes, qu’ils ont dopées pour transporter soit des ions positifs (cations), soit des ions négatifs (anions). L’électrolyte à base d’eau qu’ils ont développé consiste en une solution de molécules de quinone, qui peut être extraite des matériaux forestiers.
« Les quinones peuvent être extraites du bois, mais ici nous avons utilisé la même molécule, ainsi que différentes variantes du polymère conducteur PEDOT. Il s’avère qu’ils sont hautement compatibles entre eux, ce qui est comme un cadeau du monde naturel », déclare Viktor Gueskine, ingénieur de recherche principal au Laboratoire d’électronique organique, et l’un des auteurs d’un article.
La haute compatibilité signifie que les électrodes PEDOT aident les molécules de quinone à passer de leur état oxydé à leur état réduit, et créent ainsi un flux de protons et d’électrons.
« Il est normalement difficile de contrôler le processus ionique, mais nous y sommes parvenus ici. Nous utilisons également un phénomène fondamental dans l’électrocatalyse, dans lequel un ion spécial en solution, dans ce cas les ions quinones, est converti en électricité. Ce phénomène est conceptualisé par nous comme l’électrocatalyse sélective d’ions, et existe probablement dans d’autres types de dispositifs de stockage à membrane tels que les batteries, les piles à combustible et les supercondensateurs. Cet effet n’a jamais été discuté auparavant. Nous l’avons montré pour la première fois dans les batteries à flux redox », explique Mikhail Vagin.

Elles sont entièrement recyclables

Les batteries à flux organiques, ont toujours une densité énergétique inférieure à celle des batteries contenant du vanadium, mais elles sont extrêmement bon marché, entièrement recyclables, sûres et parfaites pour stocker de l’énergie, et compenser les variations de charge dans un réseau d’alimentation électrique. Peut-être qu’à l’avenir, nous aurons une batterie à flux organique à la maison, comme banque d’énergie pour une voiture électrique.
Cette recherche a été publiée dans Advanced Functional Materials.
Source : Linköping University
Crédit photo : Pexels