Les batteries modernes alimentent tout, des voitures aux téléphones portables, mais ils sont loin d'être parfaits - ils prennent feu, ils fonctionnent mal par temps froid et ont des cycles de vie relativement courts, entre autres problèmes. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Houston ont décrit une nouvelle classe de matériel qui répond à bon nombre de ces préoccupations dans Matériaux naturels .

Les chercheurs, dirigé par Yan Yao, professeur agrégé de génie électrique et informatique, déclarent leur consommation de quinones—un produit peu coûteux, matériau abondant sur terre et facilement recyclable - pour créer des composites d'anodes stables pour toute batterie rechargeable aqueuse.

"Ce nouveau matériau est bon marché et chimiquement stable dans un environnement aussi corrosif, " dit Yao, qui est également chercheur principal au Texas Center for Superconductivity à UH, avec une nomination à la faculté de génie chimique et biomoléculaire. Le matériau peut également être utilisé pour créer un "remplacement instantané" pour les anodes de batterie actuelles, permettant d'utiliser le nouveau matériau sans changer les lignes de fabrication de batteries existantes, il a dit.

« Cela peut arriver sur le marché beaucoup plus rapidement, " il a dit.

Yao et son labo, dont l'associé de recherche Yanliang Liang, qui a été le premier auteur de l'article, a commencé les travaux en 2013, après avoir reçu 1 million de dollars du programme RANGE de l'Agence des projets de recherche avancée du ministère de l'Énergie - Énergie (ARPA-E) pour développer une nouvelle technologie de batterie. Parmi les autres chercheurs impliqués dans le projet, citons Yan Jing, Saman Gheytani et Kuan-Yi Lee, tout euh, Ping Liu de l'Université de Californie-San Diego, et Antonio Faccheti de l'Université Northwestern.

Le stockage d'énergie est la clé d'une adoption plus large des voitures électriques, énergie éolienne et solaire, ainsi que d'autres technologies d'énergie propre. Mais le développement des systèmes de stockage par batterie, qui serait capable de stocker de l'énergie jusqu'à ce qu'elle soit nécessaire puis d'être rechargée avec une production supplémentaire, a été freiné par le manque de batteries répondant à des exigences diverses :respectueuses de l'environnement, en sécurité, pas cher et durable.

« Les batteries rechargeables aqueuses contenant des électrolytes à base d'eau peu coûteux et ininflammables sont intrinsèquement sûres et … (fournissent) une robustesse et des avantages économiques par rapport aux batteries lithium-ion concurrentes qui utilisent des électrolytes organiques volatils et sont responsables des récentes explosions catastrophiques, " ont écrit les chercheurs. Mais les batteries rechargeables aqueuses de pointe ont une courte durée de vie, ce qui les rend inadaptés aux applications où il n'est pas pratique de les remplacer fréquemment.

La pierre d'achoppement, Yao a dit, a été l'anode, la partie de la batterie à travers laquelle l'énergie circule. Les matériaux d'anode existants sont intrinsèquement structurellement et chimiquement instables, ce qui signifie que la batterie n'est efficace que pendant une période relativement courte.

Ils ont travaillé avec des quinones, une matière organique abondante sur terre qui, selon Yan, ne coûte que 2 $ le kilogramme, démontrant les avantages du matériau dans trois formulations.

Les différentes formulations offrent la preuve que le matériau est une anode efficace pour les piles acides et les piles alcalines, tels que ceux utilisés dans une voiture, ainsi que les batteries métal-ion aqueuses émergentes, dit Liang. Cela signifie que l'anode à base de quinones fonctionnera quelle que soit la technologie qui dominera à l'avenir, il a dit.

Le nouveau matériau permet également aux batteries de fonctionner dans toutes les plages de température, Liang a dit, contrairement à certaines batteries aqueuses classiques, qui sont notoirement réticents par temps froid.

Yao a déclaré que les consommateurs remarqueraient rapidement une différence clé dans ce changement par rapport à la technologie de batterie existante. "Une de ces batteries, comme batterie de voiture, peut durer 10 ans, ", a-t-il déclaré. En plus de ralentir la détérioration des batteries des véhicules et des accumulateurs d'électricité stationnaires, cela faciliterait également l'élimination des piles car le matériau ne contient pas de métaux lourds.

Les chercheurs ont déposé trois brevets pour la technologie et espèrent trouver des partenaires pour commercialiser la technologie.