Avec la montée en puissance des énergies renouvelables à l'échelle du réseau, de nombreux chercheurs ont déplacé leur attention de la production d'énergie vers le stockage d'énergie. Qu'il s'agisse de cellules solaires convertissant la lumière du soleil en énergie, ou des moulins à vent transformant les courants d'air en courants électriques, les sources de production d'énergie renouvelable sont intrinsèquement variables.

Des jours exceptionnellement nuageux ou calmes peuvent provoquer des fluctuations notables de la puissance de sortie des sources renouvelables. Un obstacle majeur pour les énergies renouvelables à l'échelle du réseau est de savoir comment stocker efficacement ces sources d'énergie souvent intermittentes pour plus tard, utilisations plus uniformément réparties.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Cui Guanglei et Zhao Jingwen du Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT), L'Académie chinoise des sciences (CAS) fait un pas de plus vers la résolution de ce problème de stockage.

L'équipe s'est concentrée sur les batteries à double ion (DIB) à base d'anode de zinc et de cathode de graphite en raison de leur faible coût et de leurs capacités à haute tension, ce qui en fait un excellent candidat pour les grands, périphériques de stockage à l'échelle du réseau. Leurs conclusions ont été publiées dans Angewandte Chemie Édition Internationale le 18 août.

Dans ces batteries, Le dépôt de Zn se produit sur une anode de Zn pendant le processus de charge tandis que des anions chargés négativement se tissent dans la cathode en graphite permettant le stockage d'énergie pour une utilisation ultérieure, un processus connu sous le nom d'intercalation. Piles Zinc/Graphite, cependant, avoir un hic.

"Malheureusement, les anions souvent utilisés pour les réactions d'intercalation du graphite pourraient se complexer avec le carbonate dans l'électrolyte. Cela diminue la stabilité à l'oxydation du carbonate et empêche le développement de DIB à haute efficacité, faible autodécharge et longue durée de conservation/cycle, " dit Cui.

Essentiellement, les électrolytes utilisés pour transférer la charge à travers la batterie subiraient une décomposition oxydative dans les régions à haute tension, diminuant l'efficacité et la durée de vie de la batterie. C'est un problème essentiel à résoudre avant d'appliquer ce type de batterie au stockage d'énergie à grande échelle.

L'approche du groupe a amélioré la stabilité à l'oxydation des électrolytes à base de carbonate en ajustant la structure de solvatation des anions. En introduisant un solvant phosphate de triméthyle (TMP) fortement donneur d'électrons, l'équipe a pu piéger les anions dans le régime de solvatation du TMP et découpler les anions du solvant carbonate.

Par conséquent, la tension de fonctionnement des batteries Zinc/Graphite a été augmentée de 0,45 V tout en permettant une longue durée de vie (rétention de capacité de 92 % après 1000 cycles). Cela pourrait non seulement prolonger la durée de vie des batteries Zinc/Graphite, mais aussi augmenter la capacité d'intercalation des anions dans le graphite. Les auteurs ont souligné qu'"une compréhension et une régulation approfondies de la structure de solvatation des anions sont essentielles".

"Ici, nous retrouvons le caractère anti-oxydant des électrolytes à base de carbonate pour supporter les cellules Zinc/Graphite haute tension, en réorganisant l'intermoléculaire, c'est à dire., ion-solvant et ion-ion, interactions, " dit Cui.

Leurs futurs travaux porteront sur l'augmentation de la densité énergétique, en supprimant le comportement d'auto-décharge ainsi qu'en abaissant le coût de l'électrolyte pour les batteries Zinc/Graphite. L'objectif ultime est de commercialiser la batterie Zinc/Graphite dans le stockage d'énergie à l'échelle du réseau.