Une batterie à base de zinc qui délivre une haute tension et une capacité énergétique substantielle pourrait rivaliser avec les batteries lithium-ion conventionnelles, Les chercheurs d'A*STAR ont découvert.

La prolifération des véhicules électriques et des sources d'énergie renouvelables stimule la demande de batteries rechargeables qui stockent et fournissent de grandes quantités d'énergie en toute sécurité, efficacement et à moindre coût. Les batteries à base de zinc offrent des avantages clés par rapport au lithium-ion, y compris à faible coût et ininflammable. Kilo par kilo, les batteries zinc-air peuvent potentiellement stocker cinq fois plus d'énergie que le lithium-ion, tandis que les batteries zinc-nickel produisent des tensions relativement élevées (potentiellement utiles car moins de batteries seraient nécessaires pour alimenter un appareil). Pourtant, les batteries au zinc ont également tendance à perdre leur capacité de stockage d'énergie après seulement quelques centaines de cycles de recharge, et aucune pile au zinc n'a encore combiné à la fois une tension décente de plus de 1,5 volts et une capacité de stockage d'énergie élevée.

Yun Zong et Zhaolin Liu de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR et leurs collègues ont maintenant développé une batterie hybride au zinc qui combine le meilleur des technologies zinc-air et zinc-nickel, terminer plus de 5, 000 cycles de charge sans perte de performance. La batterie a une anode en zinc, tandis que sa cathode est basée sur une mousse de nickel enrobée de carbone recouverte de nanofils d'oxyde de nickel et de cobalt. L'électrolyte liquide entre les électrodes contient des anions hydroxyde dissous dans l'eau.

L'une des principales raisons des excellentes performances de la batterie est que la cathode fonctionne de deux manières distinctes pendant la charge et la décharge. Lorsque la batterie se charge, les ions hydroxyde de l'électrolyte réagissent avec les oxydes métalliques dans la cathode pour produire des composés oxyhydroxyde, libérer des électrons. Mais les métaux de la cathode agissent également comme un catalyseur, combiner des anions hydroxydes pour produire de l'oxygène, l'eau, et plus d'électrons. Ces électrons circulent dans le circuit jusqu'à l'anode, où ils se combinent avec des ions zinc dans l'électrolyte pour produire du zinc métallique. Lors de la décharge, ces processus électrochimiques sont inversés.

La batterie a une tension de décharge stable en deux étapes entre 1,75 et 1,0 volts, et a maintenu ses performances sur trois mois de tests continus, dépassant largement les anciennes batteries au zinc. Zong estime que la batterie peut stocker environ 270 Watt-heures par kilogramme, avec un potentiel d'amélioration. "C'est déjà comparable aux batteries lithium-ion disponibles sur le marché, " il dit.

Les deux processus chimiques à la cathode produisent des tensions différentes, ce qui pourrait être un avantage pour les applications qui nécessitent initialement une tension plus élevée, tels que les véhicules aériens sans pilote qui ont besoin d'un regain d'énergie pour décoller, puis d'une tension plus basse pour maintenir leur vol. L'équipe espère désormais améliorer la durée de vie de la batterie, peut-être en utilisant une anode de zinc poreuse, et pour augmenter la capacité de la partie zinc-nickel de la batterie.