La nouvelle batterie (étoile rose), en comparaison avec d'autres dispositifs de stockage d'énergie, présente une densité de puissance très élevée et une densité d'énergie raisonnablement bonne. Crédit :Ding, et al. ©2015 Société chimique américaine
(Phys.org) - Une nouvelle batterie semi-liquide développée par des chercheurs de l'Université du Texas à Austin a présenté des premiers résultats encourageants, englobant bon nombre des caractéristiques souhaitées dans un dispositif de stockage d'énergie de pointe. En particulier, la nouvelle batterie a une tension de fonctionnement similaire à celle d'une batterie lithium-ion, une densité de puissance comparable à celle d'un supercondensateur, et il peut maintenir ses bonnes performances même lorsqu'il est chargé et déchargé à des taux très élevés.
Les chercheurs, dirigé par le professeur adjoint Guihua Yu, avec Yu Ding et Yu Zhao, à l'UT Austin, ont publié leur article sur le nouveau sans membrane, batterie semi-liquide dans un récent numéro de Lettres nano . Les chercheurs expliquent que la batterie est considérée comme « semi-liquide » car elle utilise un électrolyte ferrocène liquide, une cathode liquide, et une anode de lithium solide.
"La plus grande importance de notre travail est que nous avons conçu une batterie semi-liquide basée sur une nouvelle chimie, " Yu a dit Phys.org . "La batterie présente une excellente capacité de débit qui peut être complètement chargée ou déchargée presque en une minute tout en maintenant une bonne efficacité énergétique et une densité d'énergie raisonnable, représentant un prototype prometteur de batterie redox liquide avec à la fois une densité d'énergie élevée et une densité de puissance pour le stockage d'énergie."
La batterie est conçue pour des applications dans deux des plus grands domaines de la technologie des batteries :les véhicules électriques hybrides et le stockage d'énergie pour les ressources énergétiques renouvelables.
Comme le montre la figure ci-dessus, la densité de puissance élevée de la batterie (1 400 W/L) et la bonne densité d'énergie (40 Wh/L) la placent dans la position particulièrement favorable de combiner une densité de puissance aussi élevée que celle des supercondensateurs actuels avec une densité d'énergie comparable à celles de batteries redox flow et de batteries plomb-acide de pointe, quoique légèrement inférieur à celui des batteries lithium-ion. Cette combinaison est particulièrement intéressante pour les véhicules électriques, où la densité de puissance correspond à la vitesse de pointe et la densité d'énergie à l'autonomie du véhicule par charge.
Les chercheurs rapportent également dans leur article que la nouvelle batterie a une capacité élevée (137 mAh/g) et une capacité de rétention élevée de 80 % pendant 500 cycles.
La structure et le principe de fonctionnement du nouveau ferrocène, batterie semi-liquide sans membrane, ainsi qu'une démonstration expérimentale montrant que la puissance de sortie de la batterie peut éclairer une matrice de 9 x 9 LED. Crédit :Ding, et al. ©2015 Société chimique américaine
Les chercheurs attribuent les bonnes performances de la batterie en grande partie à sa conception d'électrode liquide qui permet sa capacité de débit élevé, qui est essentiellement une mesure de la vitesse de fonctionnement de la batterie. Les ions peuvent se déplacer très rapidement dans la batterie liquide par rapport à une batterie solide, et les réactions redox dans lesquelles les électrons sont transférés entre les électrodes se produisent également à des taux très élevés dans cette batterie particulière. En comparaison, les valeurs utilisées pour mesurer ces vitesses (le coefficient de diffusion et la constante de réaction) sont des ordres de grandeur plus importants dans la nouvelle batterie que dans la plupart des batteries à flux conventionnelles.
Bien que la batterie semble très prometteuse jusqu'à présent, les chercheurs notent qu'il reste encore du travail à faire, en particulier en ce qui concerne l'anode de lithium.
"La faiblesse potentielle de cette batterie est l'anode au lithium en termes de stabilité et de sécurité à long terme, " Yu a dit. " Une protection plus avancée des anodes au lithium est nécessaire pour supprimer complètement l'auto-décharge. Nous supposons que d'autres métaux comme le zinc et le magnésium peuvent également servir d'anode pour une telle batterie tant que la compatibilité électrolytique est résolue. Nous nous attendons également à ce que d'autres composés organométalliques avec des centres métalliques à plusieurs états de valence (centres redox) puissent également fonctionner comme anode, ce qui finirait par rendre la batterie complètement liquide."
À l'avenir, les chercheurs prévoient de tester la durabilité à long terme de la batterie, notamment son anode de lithium, dans des conditions de fonctionnement réalistes. En outre, les chercheurs veulent trouver un moyen d'augmenter la solubilité du ferrocène afin d'augmenter encore la densité énergétique pour concurrencer les batteries lithium-ion actuelles tout en conservant sa densité de puissance très élevée.
© 2015 Phys.org
