Un nouveau concept pour une batterie en aluminium a une densité énergétique deux fois plus élevée que les versions précédentes, est fait de matériaux abondants, et pourrait conduire à une réduction des coûts de production et de l'impact environnemental. L'idée a un potentiel pour des applications à grande échelle, y compris le stockage de l'énergie solaire et éolienne. Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, et l'Institut national de chimie, Slovénie, sont derrière l'idée.

L'utilisation de la technologie des batteries en aluminium pourrait offrir plusieurs avantages, incluant une densité énergétique théorique élevée, et le fait qu'il existe déjà une industrie établie pour la fabrication et le recyclage. Par rapport aux batteries lithium-ion d'aujourd'hui, le nouveau concept des chercheurs pourrait entraîner des coûts de production nettement inférieurs.

"Les coûts matériels et les impacts environnementaux que nous envisageons de notre nouveau concept sont bien inférieurs à ce que nous voyons aujourd'hui, les rendant réalisables pour une utilisation à grande échelle, comme les parcs de cellules solaires, ou le stockage de l'énergie éolienne, par exemple, " dit Patrik Johansson, professeur au Département de physique de Chalmers.

"En outre, notre nouveau concept de batterie a une densité énergétique deux fois supérieure à celle des batteries en aluminium qui sont à la pointe de la technologie aujourd'hui."

Les conceptions précédentes de batteries en aluminium utilisaient l'aluminium comme anode (l'électrode négative) et le graphite comme cathode (l'électrode positive). Mais le graphite fournit une teneur en énergie trop faible pour créer des cellules de batterie suffisamment performantes pour être utiles.

Mais dans le nouveau concept, présenté par Patrik Johansson et Chalmers, avec un groupe de recherche à Ljubljana dirigé par Robert Dominko, le graphite a été remplacé par un organique, cathode nanostructurée, composé de l'anthraquinone, une molécule à base de carbone.

La cathode d'anthraquinone a été largement développée par Jan Bitenc, auparavant chercheur invité à Chalmers du groupe de l'Institut national de chimie en Slovénie.

L'avantage de cette molécule organique dans le matériau cathodique est qu'elle permet le stockage des porteurs de charges positifs de l'électrolyte, la solution dans laquelle les ions se déplacent entre les électrodes, qui permettent une densité d'énergie plus élevée dans la batterie.

"Parce que le nouveau matériau cathodique permet d'utiliser un porteur de charge plus approprié, les batteries peuvent mieux exploiter le potentiel de l'aluminium. Maintenant, nous poursuivons le travail en recherchant un électrolyte encore meilleur. La version actuelle contient du chlore, nous voulons nous en débarrasser, " dit le chercheur de Chalmers Niklas Lindahl, qui étudie les mécanismes internes qui régissent le stockage de l'énergie.

Jusque là, il n'y a pas de piles en aluminium disponibles dans le commerce, et même dans le monde de la recherche, ils sont relativement nouveaux. La question est de savoir si les batteries en aluminium pourraient éventuellement remplacer les batteries lithium-ion.

"Bien sûr, nous espérons qu'ils le pourront. Mais surtout, ils peuvent être complémentaires, en veillant à ce que les batteries lithium-ion ne soient utilisées que lorsque cela est strictement nécessaire. Jusque là, les batteries en aluminium sont deux fois moins denses en énergie que les batteries lithium-ion, mais notre objectif à long terme est d'atteindre la même densité énergétique. Il reste du travail à faire avec l'électrolyte, et en développant de meilleurs mécanismes de tarification, mais l'aluminium est en principe un porteur de charge nettement meilleur que le lithium, puisqu'il est multivalent, ce qui signifie que chaque ion « compense » plusieurs électrons. Par ailleurs, les batteries ont le potentiel d'être nettement moins nocives pour l'environnement, " dit Patrik Johansson.

"Concept et mécanisme électrochimique d'une batterie à anode en métal Al-cathode organique" est publié dans le journal Matériaux de stockage d'énergie .