Un prototype de batterie a été conçu en utilisant de l'eau salée et des matériaux non toxiques et se chargeant rapidement, ouvrant la voie à de nouveaux types de batteries.

Les principes de conception du nouveau prototype, qui change de couleur au fur et à mesure qu'il charge, pourrait également être appliqué aux technologies de batteries existantes pour créer de nouveaux dispositifs de stockage d'énergie, détection biologique, et des matériaux intelligents aux couleurs changeantes.

Les batteries les plus utilisées actuellement sont les batteries lithium-ion, qui ont une capacité relativement élevée (ils retiennent une grande quantité de charge) mais ne se déchargent ou ne rechargent pas leur énergie rapidement. Ils contiennent également des électrolytes organiques et d'autres matériaux qui peuvent être dangereux et inflammables, ce qui signifie qu'ils nécessitent une manipulation et une élimination soigneuses.

Le nouveau prototype de batterie, développé par une équipe de chercheurs des départements de physique et de chimie de l'Imperial College de Londres, utilise à la place des films minces de plastiques spécialement conçus et de l'eau salée simple.

Bien qu'il puisse contenir moins de charge que les batteries lithium-ion conventionnelles, Le Prototype, qui est fabriqué à partir de polymères – de longues chaînes de molécules qui composent les plastiques – peut se charger et se décharger en quelques secondes. Comme un avantage supplémentaire des matériaux qu'il utilise, il change également de couleur au fur et à mesure qu'il charge, donnant aux utilisateurs un moyen facile de lire l'état de charge de la batterie.

Le Prototype, dont les détails ont été publiés dans Sciences de l'énergie et de l'environnement , pourrait ouvrir la voie à l'amélioration du taux de charge et de la toxicité des batteries existantes, ou fournir une voie pour fabriquer des types de batteries entièrement nouveaux.

Développer des batteries recyclables

Co-auteur principal Dr Alexander Giovannitti, qui a travaillé sur le projet alors qu'il travaillait aux départements de physique et de chimie de l'Impériale, a déclaré:"Les matériaux que nous avons utilisés pour créer le prototype de batterie pourraient potentiellement être fabriqués à faible coût et combinés à l'utilisation d'électrolytes à base d'eau non toxiques et ininflammables. Cette approche pourrait être une voie viable pour développer des batteries recyclables. "

Les batteries avec un temps de charge plus rapide mais une capacité inférieure pourraient avoir une gamme d'applications où l'énergie doit être échangée rapidement mais les batteries n'ont pas besoin d'être petites, comme lorsque l'énergie du freinage de la voiture est utilisée quelques instants plus tard pour accélérer le véhicule.

A plus grande échelle, lorsque des technologies renouvelables comme le solaire ou l'éolien sont utilisées dans le cadre d'un réseau national ou local, ils ne peuvent fournir de l'énergie que par intermittence. Un système de batterie qui pourrait stocker cette énergie rapidement, mais aussi le redonner au réseau en cas de besoin, serait utile pour maintenir l'approvisionnement stable.

L'équipe dit que leur prototype aurait besoin de plus de travail pour être adapté à ces domaines, mais que les principes qui sous-tendent sa conception pourraient être applicables à une large gamme de dispositifs de stockage d'énergie en cours de développement.

Concevoir de nouveaux matériaux

Les matériaux polymères ont déjà été utilisés avec succès dans les batteries, comme additifs pour apporter de la flexibilité ou comme électrolytes qui séparent les électrodes positives et négatives, mais leur utilisation en tant que matériaux actifs dans les électrodes de batterie fonctionnant dans l'eau s'est avérée difficile.

La percée vient de la conception de matériaux polymères capables de capter et de libérer des ions positifs ou négatifs de l'eau salée, rapidement et de manière réversible sans se dégrader. Ces ions sont attirés par des électrodes de charge opposée lorsque l'appareil est en charge.

Les batteries à base d'eau sont souhaitables en raison de leur non-toxicité, mais il a été difficile d'échanger réversiblement les ions de l'eau avec les électrodes.

L'équipe a contourné ce problème en concevant des chaînes latérales à attacher aux « colonnes » en polymère conducteur. En utilisant des matériaux polaires pour les chaînes latérales, ils pourraient créer des électrodes à forte affinité pour l'eau.

Avec ce principe, ils ont pu créer des électrodes positives et négatives qui peuvent héberger leurs ions opposés de l'eau - et ils avaient les ingrédients pour une batterie. Comme les squelettes polymères étaient déjà flexibles - se dilatant et se contractant pendant que la batterie se chargeait et se déchargeait - aucun additif n'était alors nécessaire.

Co-auteur principal Dr Davide Moia, qui a terminé le travail au département de physique de l'Impériale, a déclaré : « L'utilisation d'eau salée élimine les problèmes de toxicité et d'inflammabilité, mais il n'a pas été facile à utiliser car il peut limiter la quantité d'énergie que vous pouvez entrer et sortir d'un appareil par rapport à d'autres électrolytes organiques.

« Nous voulons maintenant tester jusqu'où cette limite peut être poussée. Nous avons compensé la baisse des performances par une combinaison de matériaux plus sûre, mais l'amélioration des performances pourrait ouvrir la voie à de tout nouveaux types de dispositifs de stockage d'énergie viables qui sont également sûrs et durables."