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Le coût de la collecte de l’énergie solaire a tellement baissé ces dernières années que les sources d’énergie traditionnelles en ont pour leur argent. Cependant, les défis du stockage de l’énergie – qui nécessite la capacité de stocker un approvisionnement intermittent et saisonnier d’énergie solaire – ont empêché cette technologie d’être économiquement compétitive.

Stocker l’énergie solaire

Les chercheurs de l’université Cornell, dirigés par Lynden Archer, ont exploré l’utilisation de matériaux à faible coût pour créer des batteries rechargeables qui rendront le stockage de l’énergie plus abordable. Ils ont montré qu’une nouvelle technique utilisant de l’aluminium permet d’obtenir des batteries rechargeables offrant jusqu’à 10 000 cycles sans erreur.
Ce nouveau type de batterie pourrait constituer une alternative plus sûre et plus respectueuse de l’environnement aux batteries lithium-ion, qui dominent actuellement le marché, mais elles sont lentes à se recharger et ont la tendance à pour prendre feu.
Parmi les avantages de l’aluminium, il y a le fait qu’il est abondant dans la croûte terrestre, qu’il est trivalent et léger, et qu’il a donc une grande capacité à stocker plus d’énergie que de nombreux autres métaux. Cependant, l’aluminium peut être délicat à intégrer dans les électrodes d’une batterie. Il réagit chimiquement avec le séparateur en fibre de verre, qui sépare physiquement l’anode et la cathode, ce qui provoque un court-circuit et une défaillance de la batterie.

Un substrat de fibres de carbone entrelacées 

La solution des chercheurs a consisté à concevoir un substrat de fibres de carbone entrelacées qui forme une liaison chimique encore plus forte avec l’aluminium. Lorsque cette batterie est rechargée, l’aluminium se dépose dans la structure de carbone via une liaison covalente, c’est-à-dire le partage de paires d’électrons entre les atomes d’aluminium et de carbone.
Alors que les électrodes des batteries rechargeables classiques ne sont que bidimensionnelles, cette technique utilise une architecture tridimensionnelle – ou non plane – et crée une couche d’aluminium plus profonde et plus cohérente qui peut être contrôlée avec précision.
Les batteries aluminium-anode peuvent être chargées et déchargées de manière réversible un ou plusieurs ordres de grandeur plus de fois que les autres batteries rechargeables en aluminium dans des conditions pratiques.
« Bien que superficiellement différentes de nos innovations antérieures pour stabiliser les électrodes de zinc et de lithium-métal dans les batteries, le principe est le même – concevoir des substrats qui fournissent une grande force motrice thermodynamique qui favorise la nucléation et l’emballement, la croissance dangereuse de l’électrode métallique est empêchée par des forces telles que la tension superficielle qui peut être massive à petite échelle », a déclaré Archer, l’auteur principal d’un article.
Cette recherche a été publiée dans Nature Energy.
Source : Cornell University
Crédit photo : Pexels