Une solution pour les piles lithium-air

Publié par Redbran le 05/09/2015 à 00:00
Source: Europa

Illustration: Wikimédia commons
Les batteries rechargeables de lithium-ion (Li-ion) sont traditionnellement utilisées dans les véhicules électriques actuels, mais elles impliquent une recharge après 150 km. Les batteries de lithium-air pourraient bientôt changer cela et des travaux révolutionnaires ont mis en avant de nombreuses considérations de conception.

Une anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la...) de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) en lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) au lieu de graphite et l'utilisation d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) (O2) de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) comme cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction...) promet une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) énergétique 10 fois plus forte. Néanmoins, la réduction de l'O2 suite à la réaction avec les Li-ions entraîne le dépôt d'un produit solide dans les porosités de cathodes et à l'obturation des cathodes. Les chercheurs ont abordé cette question avec une approche radicale qui n'avait jamais été employée auparavant.

Le financement de l'UE du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) LABOHR (Lithium-air batteries with split (Split (en grec ancien Ασπάλαθος,...) oxygen harvesting and redox processes) a permis de conduire (Le permis de conduire est un droit administratif de circuler donnant l'autorisation de conduire...) des recherches sur le fonctionnement des batteries de lithium-air dans la configuration immergée (à double phase) avec un double rôle pour l'électrolyte, comme porteur de charge (Un porteur de charge est une particule ou une quasi-particule qui porte une charge électrique. En...) et porteur d'oxygène (O2).

Les batteries métal-air traditionnelles, ainsi les piles à combustibles, s'appuient sur des points de contact à trois phases dans la cathode. Les contacts assurent le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) des électrons, le transport de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) d'O2. Néanmoins, dans le cas du lithium-air, cette configuration change la porosité et l'hydrophobicité de la cathode en raison de la formation des produits de réduction aux points de contact en trois phases.

Dans des études révolutionnaires, l'équipe a étudié une configuration d'électrodes à points de contact à deux phases (une configuration immergée). L'électrolyte ou le porteur de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) est également utilisée comme porteur d'O2 pour collecter l'O2 de l'air ambiant par un dispositif de collecte d'O2 externe.

Le concept du projet LABOHR emploie des électrolytes liquides ioniques respectueux de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) et des électrodes nanostructurées qui récoltent l'O2 sec de l'air. Les chercheurs ont préparé et testé les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) de l'anode et de la cathode, élaboré le concept de récolte de l'O2 et préparé et intégré dans les systèmes d'électrodes de nombreux liquides ioniques ainsi que des électrolytes polymères solides. Des études fondamentales ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) des paramètres physicochimiques pour le modèle d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de batteries en Li-air.

Bien que l'application pratique des batteries Li-air ne sera pas prête avant une dizaine ou une vingtaine d'années, LABOHR a apporté une contribution importante à l'effort de développement. Les études ont confirmé l'importance d'employer des solutions d'électrolytes à base de fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) ionique pour résoudre les questions de réactivité et de volatilité (En finance, la volatilité est une mesure de l'instabilité du cours d'un actif financier. Elle...) de solvants et ont mis en avant les problèmes opérationnels des batteries Li-air dans une configuration à trois phases. Le concept de la "navette (Une navette spatiale, dans le domaine de l'astronautique, est un véhicule aérospatial...)" de rédox soluble a également ouvert une nouvelle voie possible pour une batterie Li-O2. Parallèlement, les études des électrolytes et des matériaux d'électrode devraient permettre d'établir une application à court terme dans le domaine des batteries Li-ion.
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