Matériaux d'électrode :
Il est crucial de développer des matériaux d’électrode appropriés capables d’intercaler et de désintercaler efficacement les ions aluminium. Les matériaux cathodiques tels que les oxydes métalliques en couches (par exemple, les oxydes de vanadium) et les composés d'intercalation (par exemple, le graphite) ont été explorés. Du côté de l’anode, l’aluminium lui-même ou son alliage avec d’autres éléments (par exemple le gallium ou l’indium) s’est révélé prometteur. Les chercheurs étudient les matériaux d'électrodes nanostructurés avancés pour améliorer les performances électrochimiques.
Électrolytes :
Il est essentiel de concevoir des électrolytes qui facilitent le transport efficace des ions aluminium tout en maintenant la stabilité sur une large plage de tension. Les liquides ioniques, les électrolytes à base de sels d'aluminium ou encore les électrolytes hybrides combinant solvants organiques et espèces ioniques sont explorés. Le défi réside dans l’obtention d’une conductivité ionique élevée, d’une stabilité électrochimique et d’une compatibilité avec les matériaux d’électrode.
Collectionneurs actuels :
Les collecteurs de courant en cuivre conventionnels utilisés dans les batteries lithium-ion peuvent ne pas convenir aux batteries en aluminium en raison du potentiel de réduction plus négatif de l'aluminium. Des collecteurs de courant alternatifs fabriqués à partir de matériaux tels que l'aluminium recouvert de carbone ou des métaux résistants à la corrosion (par exemple, le titane ou l'acier inoxydable) sont à l'étude pour minimiser les réactions parasites et garantir les performances de la batterie à long terme.
Conception et ingénierie de cellules :
L’optimisation de la conception et de l’ingénierie des cellules est essentielle pour maximiser les performances et la sécurité de la batterie. Cela implique des facteurs tels que l'épaisseur de l'électrode, la porosité, le volume d'électrolyte, la sélection du séparateur et la densité de courant. Des stratégies d'ingénierie cellulaire telles que la compression de pile, l'équilibrage des cellules et la gestion thermique sont explorées pour améliorer la durée de vie, la fiabilité et l'efficacité globale de la batterie.
Comprendre et atténuer les mécanismes de dégradation :
Les batteries rechargeables en aluminium sont confrontées à des défis liés aux mécanismes de dégradation, tels que la formation d'interphases électrolytiques solides (SEI) sur les surfaces des électrodes et des réactions parasites impliquant l'aluminium et les composants électrolytiques. Des études fondamentales sont nécessaires pour comprendre ces processus de dégradation et développer des stratégies visant à atténuer leur impact sur les performances et la durée de vie des batteries.
En résumé, le développement de meilleures batteries rechargeables en aluminium nécessite des progrès dans les matériaux d’électrodes, les électrolytes, les collecteurs de courant, la conception des cellules et la compréhension des mécanismes de dégradation. En relevant ces défis, les avantages potentiels des batteries en aluminium, notamment un coût inférieur, une sécurité accrue et une densité énergétique plus élevée, peuvent être concrétisés pour des applications pratiques dans divers secteurs, tels que les véhicules électriques, le stockage sur réseau et l'électronique portable.
