Une nouvelle batterie rechargeable au zinc conserve ses performances sur de nombreux cycles grâce à un gel conçu pour empêcher les réactions qui dégradent habituellement ce type de cellule.
Le zinc attire les chercheurs pour le stockage de l'électricité. Il est abondant, relativement peu coûteux et peut fonctionner avec des électrolytes contenant de l'eau. Ces caractéristiques en font un candidat intéressant pour les batteries stationnaires, où le poids compte moins que dans une voiture ou un téléphone.
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Un obstacle persiste toutefois. Pendant les charges et les décharges, le zinc métallique peut réagir avec l'eau et former des produits indésirables. Le zinc peut aussi se déposer de manière irrégulière. Ces phénomènes consomment progressivement les matériaux actifs et réduisent la durée de vie de la batterie.
Les chercheurs ont développé un électrolyte sous forme d'hydrogel pour mieux contrôler cet environnement. Un hydrogel est un réseau de molécules solides capable de retenir beaucoup d'eau. Ici, sa composition chimique a été ajustée pour modifier les interactions entre l'eau, les ions zinc et la surface de l'électrode.
Le matériau combine notamment des groupes portant des charges positives et négatives avec des parties fluorées. Cette architecture réorganise les molécules autour des ions zinc et limite la quantité d'eau susceptible de participer aux réactions parasites. Le dépôt du zinc devient également plus uniforme au fil des cycles.
Les performances ont d'abord été étudiées sur différents assemblages de laboratoire. L'équipe a ensuite construit des cellules atteignant une capacité de l'ordre de l'ampère-heure. Ce changement d'échelle est important, car de nombreux matériaux prometteurs fonctionnent sur de très petites cellules mais perdent leurs avantages lorsque la quantité de matière augmente.
Les essais montrent que ces cellules peuvent conserver une part importante de leur capacité après de nombreux cycles. Les chercheurs rapportent aussi une bonne efficacité de charge et de décharge. Ces résultats indiquent que l'électrolyte continue de limiter les réactions indésirables dans un format plus proche d'une batterie utilisable.
Cette technologie ne remplace pas immédiatement les batteries lithium-ion. Densité d'énergie, coût de fabrication, durée de vie en conditions réelles et production à grande échelle devront encore être comparés. Pour le stockage sur réseau électrique, un système plus lourd peut toutefois rester intéressant s'il est durable, sûr et économique.
L'étape suivante consistera à fabriquer des cellules d'une encore plus grande capacité et à les tester dans différentes conditions de température et de puissance. Ces essais permettront de déterminer si l'hydrogel conserve ses propriétés sur plusieurs années, critère déterminant pour le stockage quotidien de l'électricité renouvelable.