La demande mondiale de piles rechargeables a augmenté de façon exponentielle au cours de la dernière décennie, car ils sont nécessaires pour alimenter le nombre croissant d'appareils électroniques portables tels que les téléphones intelligents, ordinateurs portables, comprimés, montres intelligentes et trackers de fitness. Pour travailler plus efficacement, les batteries rechargeables doivent avoir une densité énergétique élevée, mais ils devraient aussi être en sécurité, stable et respectueux de l'environnement.

Alors que les batteries lithium-ion (LIB) font désormais partie des systèmes de stockage d'énergie rechargeables les plus répandus, ils contiennent des électrolytes organiques très volatils, ce qui réduit considérablement leur sécurité. Dans les années récentes, les chercheurs ont ainsi tenté d'identifier de nouvelles compositions de batteries ne contenant pas d'électrolytes inflammables et instables.

Parmi les alternatives les plus prometteuses aux LIB figurent les batteries à base d'électrolytes à base d'eau non inflammables et à faible coût, comme les batteries plomb-acide et zinc-manganèse. Ces batteries présentent de nombreux avantages, y compris une plus grande sécurité et de faibles coûts de production. Jusque là, cependant, leur performance, la tension de fonctionnement et la capacité de recharge ont été quelque peu limitées par rapport à celles des solutions à base de lithium.

Chercheurs du Laboratoire Clé de Céramiques Avancées et de Technologie d'Usinage, le Tianjin Key Laboratory of Composite and Functional Materials et l'Université de Tianjin en Chine ont récemment introduit une nouvelle stratégie de conception qui pourrait améliorer les performances du dioxyde de zinc-manganèse (Zn-MnO 2 ) piles. L'approche qu'ils ont développée, présenté dans un article publié dans Énergie naturelle , implique le découplage des électrolytes à l'intérieur de la batterie pour permettre une chimie redox optimale à la fois en Zn et en MnO 2 électrodes.

"Notre papier s'est produit involontairement lorsque nous avons assemblé un alcalin Zn-MnO 2 batterie avec du MnO fraîchement déposé 2 , qui a du H résiduel 2 DONC 4 (issu du bain d'électrodéposition) sur le MnO 2 surface, " Pr Cheng Zhong, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "La batterie assemblée présentait une tension de décharge plus élevée que le Zn-MnO conventionnel 2 piles, qui nous a encouragés à réduire les choses à l'essentiel, jeter les bases de notre étude.

Le professeur Zhong et ses collègues ont découvert que leur stratégie de découplage des électrolytes conduisait à un Zn-MnO plus performant 2 batteries avec une tension en circuit ouvert de 2,83 V. C'est un résultat très prometteur, considérant que le Zn-MnO plus conventionnel 2 les batteries ont généralement une tension de 1,5 V.

La capacité de la batterie fabriquée en utilisant leur stratégie de découplage d'électrolyte, surnommé DZBM, s'est estompé de seulement 2% après avoir été utilisé et rechargé en continu pendant 200 heures. En outre, la batterie a conservé 100 % de sa capacité à diverses densités de courant de décharge. Remarquablement, les chercheurs ont démontré que les batteries créées selon leur méthode peuvent également être intégrées à des systèmes hybrides éoliens et photovoltaïques, ce qui augmente encore leur durabilité.

"La stratégie de découplage électrolytique vise à permettre simultanément la chimie redox optimale du Zn et du MnO 2 électrodes, " a expliqué le Pr Zhong. Les conditions de travail du MnO 2 la cathode et l'anode en Zn ont été découplées pour permettre à la fois le MnO acide 2 et des réactions redox alcalines de Zn dans une seule cellule. La batterie DZMB résultante a une tension de fonctionnement beaucoup plus élevée et une durée de vie prolongée par rapport au Zn-MnO alcalin traditionnel 2 piles."

À l'avenir, la nouvelle stratégie de conception introduite par le professeur Zhong et ses collègues pourrait être utilisée pour produire de nouveaux Zn-MnO 2 des batteries économiques et sûres, mais qui ont également des tensions de circuit ouvert exceptionnellement élevées et une durée de vie prolongée. Notamment, la même stratégie pourrait également être utilisée pour améliorer les performances d'autres batteries aqueuses à base de zinc, y compris ceux avec des compositions Zn-Cu et Zn-Ag.

« Étant donné que le coût et les performances des membranes sélectives d'ions de pointe sont encore insatisfaisants, nos futures recherches se concentreront sur les études de conceptions de découplage sans utiliser les membranes, " a déclaré le professeur Zhong.

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