Une nouvelle approche pour des batteries rechargeables haute énergie au calcium
Publié par Redbran le 12/11/2019 à 14:00
Source: © Union européenne, [2019] / CORDIS
Si on veut obtenir des batteries au calcium (Ca) rechargeables à température ambiante, la solution pourrait venir d'un nouvel électrolyte. Des chercheurs financés par l'UE expliquent comment procéder.

Il semble que le Ca ne soit pas seulement bon pour nos os, mais aussi pour la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...). Selon les scientifiques, il pourrait s'agir d'un élément clé dans leurs efforts visant à répondre à la demande croissante en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) dans le monde (Le mot monde peut désigner :) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en réduisant les émissions. Comment ? Grâce à son rôle potentiellement prometteur dans le développement de technologies de stockage d'énergie efficaces et rentables.


© Projet E-MAGIC

Les marchés des véhicules électriques et du stockage d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de...) sur le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) sont en forte croissance, ce qui accroît le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires et les besoins...) de disposer de batteries rechargeables fiables et économes en énergie. Toutefois, les batteries lithium-ion (Les accumulateurs à base de lithium utilisent des technologie en cours de mise au point, présentant un très important potentiel électrochimique. On distingue la technologie Lithium métal où l'électrode négative est composée de...) (LIB) rechargeables actuelles ne sont peut-être pas aussi sûres, rentables et durables que nous le souhaiterions. Les scientifiques sont donc à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) d'alternatives prometteuses, l'une d'entre elles étant un système de batterie basé sur un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les métaux...) multivalent comme le Ca. La solution haute énergie et bon marché que nous recherchons pourrait venir des batteries au Ca, mais leur développement est entravé par le manque d'électrolytes pratiques nécessaires pour obtenir un dépôt efficace du Ca. Des chercheurs soutenus par le projet E-MAGIC, financé par l'UE, ont fait une découverte qui pourrait permettre de surmonter cet obstacle.

Dans leur article publié dans le journal "Energy & Environmental Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au...)", les scientifiques ont présenté un nouvel électrolyte à base de borate – le tétrakis(hexafluoroisopropyloxy)borate de calcium ou Ca[B(hfip)4]2 – qui présente, à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations...) ambiante, un dépôt réversible de Ca ainsi qu'une stabilité oxydative et ionique élevée. Leur découverte pourrait ouvrir la voie à des batteries haute énergie au Ca, rechargeables à température ambiante.

Des batteries au Ca prometteuses

L'article traite de la faisabilité de créer une nouvelle classe d'électrolytes de Ca basés sur des composés calciques avec des anions faiblement coordinants. Selon les auteurs, "le procédé de synthèse simple servant à la formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits homogènes, stables et possédant des propriétés spécifiques, en mélangeant...) de nouveaux sels de Ca par incorporation de divers anions alkoxyborates fluorés sera un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande rentabilisation...) utile pour optimiser davantage les propriétés de l'électrolyte. Les électrolytes de Ca[B(hfip)4]2 présentent des propriétés électrochimiques de pointe en termes de stabilité élevée à l'oxydation, de conductivité ionique élevée et de bonne capacité de cyclage du Ca réversible à long terme."

Le développement de technologies de batteries à base de métaux multivalents tels que le Ca pourrait constituer une solution prometteuse pour améliorer les densités d'énergie tout en réduisant les coûts. Les ions multivalents pourraient doubler ou tripler la capacité de la batterie par rapport aux LIB monovalentes ou aux batteries sodium-ion. De plus, contrairement au lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) ou au sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à...), les anodes métalliques multivalentes sont susceptibles d'augmenter considérablement les densités d'énergie des batteries.

Les propriétés susnommées ne sont pas la seule raison pour laquelle les batteries au Ca peuvent être considérées comme une alternative (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) attrayante pour succéder aux technologies LIB. La croissance rapide du marché des batteries soulève de plus en plus d'inquiétudes à propos de la disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle ledit équipement ou système est...) à moyen et long terme de certaines matières premières – cobalt, nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) et lithium – utilisées dans les LIB commerciales. Le Ca, en revanche, est le cinquième élément le plus abondant dans la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre. C'est la partie supérieure de la lithosphère (qui constitue les plaques tectoniques).). En outre, sa répartition géographique est homogène et il n'est ni dangereux ni toxique.

Parallèlement au Ca, les scientifiques s'intéressent également au magnésium (Mg), un autre métal multivalent prometteur pour le développement de meilleures batteries rechargeables. Ce métal est au cœur du projet E-MAGIC (European Magnesium Interactive Battery Community), qui vise à développer une approche innovante pour des batteries rechargeables au Mg de nouvelle génération à haute densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour...) énergétique et respectueuses de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...). Ce projet cherche également à établir une communauté solide consacrée aux batteries à base de Mg, qui entretiendra des relations scientifiques actives avec le reste du monde.

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