Les énergies renouvelables, comme l'éolien et le solaire, pourrait aider à réduire la dépendance du monde aux combustibles fossiles. Mais d'abord, les compagnies d'électricité ont besoin d'un coffre-fort, moyen rentable de stocker l'énergie pour une utilisation ultérieure. Des batteries lithium-ion massives peuvent faire le travail, mais ils souffrent de problèmes de sécurité et d'une disponibilité limitée du lithium. Maintenant, chercheurs reportant dans ACS' Lettres nano ont fait un prototype d'une anode-libre, batterie à base de zinc qui utilise à faible coût, matériaux naturellement abondants.

Les batteries aqueuses à base de zinc ont déjà été explorées pour le stockage d'énergie à l'échelle du réseau en raison de leur sécurité et de leur densité énergétique élevée. En outre, les matériaux utilisés pour les fabriquer sont naturellement abondants. Cependant, les batteries au zinc rechargeables développées jusqu'à présent ont nécessité des anodes métalliques de zinc épaisses, qui contiennent un grand excès de zinc qui augmente le coût. Aussi, les anodes sont sujettes à la formation de dendrites - des projections cristallines de zinc métallique qui se déposent sur l'anode pendant la charge - qui peuvent court-circuiter la batterie. Yunpei Zhu, Yi Cui et Husam Alshareef se sont demandé si une anode de zinc était vraiment nécessaire. S'inspirant des précédentes explorations des batteries lithium et sodium-métal « sans anode », les chercheurs ont décidé de fabriquer une batterie dans laquelle une cathode riche en zinc est la seule source de zingage sur un collecteur de courant en cuivre.

Dans leur batterie, les chercheurs ont utilisé une cathode en dioxyde de manganèse qu'ils ont pré-intercalée avec des ions zinc, une solution aqueuse d'électrolyte de trifluorométhanesulfonate de zinc et un collecteur de courant en feuille de cuivre. Pendant la charge, le métal de zinc est plaqué sur la feuille de cuivre, et pendant le déchargement, le métal est arraché, libérant des électrons qui alimentent la batterie. Pour éviter la formation de dendrites, les chercheurs ont recouvert le collecteur de courant en cuivre d'une couche de nanodisques de carbone. Cette couche a favorisé le zingage uniforme, empêchant ainsi les dendrites, et a augmenté l'efficacité du zingage et du décapage. La batterie a montré une efficacité élevée, densité et stabilité énergétiques, conservant 62,8% de sa capacité de stockage après 80 cycles de charge et de décharge. La conception de la batterie sans anode ouvre de nouvelles voies pour l'utilisation de batteries aqueuses à base de zinc dans les systèmes de stockage d'énergie, disent les chercheurs.