Piles en aluminium

Près de trente ans de recherche de moyens d'améliorer la batterie aluminium-ion touchent à leur fin. La première batterie avec une anode en aluminium, capable de se charger rapidement, tout en étant peu coûteuse et durable, a été développée par des scientifiques de l'Université de Stanford.

Les chercheurs affirment avec confiance que leur idée originale pourrait bien devenir une alternative sûre aux batteries lithium-ion, utilisées partout aujourd'hui, ainsi qu'aux piles alcalines, qui sont nocives pour l'environnement.

Il ne sera pas superflu de rappeler que les batteries lithium-ion s'enflamment parfois. Le professeur de chimie Hongji Dai est convaincu que sa nouvelle batterie ne s'allumera pas, même si elle est percée. Les collègues du professeur Day ont qualifié les nouvelles batteries de «batteries rechargeables ultra-rapides en aluminium-ion».

En raison de son faible coût, de sa sécurité incendie et de sa capacité à créer des capacités électriques importantes, l'aluminium a longtemps attiré l'attention des chercheurs, mais de nombreuses années ont été consacrées à la création d'une batterie aluminium-ion commercialement viable qui pourrait produire une tension suffisante même après de nombreux cycles de charge-décharge.

Les scientifiques ont dû surmonter de nombreux obstacles, notamment: dégradation du matériau de la cathode, faible tension de décharge des cellules (environ 0,55 volt), perte de capacité et cycle de vie insuffisant (moins de 100 cycles), perte de puissance rapide (de 26 à 85% après 100 cycles).

Maintenant, les scientifiques ont introduit une batterie en aluminium à haute stabilité, dans laquelle ils ont utilisé une anode métallique en aluminium associée à une cathode en mousse de graphite tridimensionnelle. Avant cela, de nombreux matériaux différents pour la cathode ont été essayés et la décision en faveur du graphite a été trouvée par accident. Les scientifiques du groupe Hongji Daya ont identifié plusieurs types de matériaux en graphite qui montrent une productivité très élevée.

Dans leurs échantillons expérimentaux, l'équipe de l'Université de Stanford a placé une anode en aluminium, une cathode en graphite et un électrolyte ionique liquide sûr, composé principalement de solutions salines, dans un sac en polymère flexible.

Le professeur Dai et son groupe ont enregistré une vidéo où ils ont montré que même s'ils forent un obus, leurs batteries continueront de fonctionner pendant un certain temps et ne s'allumeront pas.

Un avantage important des nouvelles batteries est leur charge ultra-rapide. En règle générale, les smartphones au lithium-ion se rechargent en quelques heures, tandis que le prototype de la nouvelle technologie démontre une vitesse de charge sans précédent allant jusqu'à une minute.

La durabilité des nouvelles batteries est particulièrement frappante. La durée de vie de la batterie est supérieure à 7500 cycles de charge-décharge et sans perte de puissance. Les auteurs rapportent qu'il s'agit du premier modèle de batteries aluminium-ion, avec une charge ultra-rapide et une stabilité sur des milliers de cycles. Une batterie lithium-ion typique ne peut supporter que 1000 cycles.

Une caractéristique notable de la batterie en aluminium est sa flexibilité. La batterie peut être pliée, ce qui indique le potentiel de son utilisation dans les gadgets flexibles. De plus, l'aluminium est beaucoup moins cher que le lithium.

Il semble prometteur d'utiliser de telles batteries pour stocker de l'énergie renouvelable en vue de la sauvegarder pour la fourniture ultérieure de réseaux électriques, car selon les dernières données scientifiques, une batterie en aluminium peut être chargée des dizaines de milliers de fois.

Contrairement aux éléments de masse AA et AAA avec une tension de 1,5 volts, une batterie aluminium-ion génère une tension d'environ 2 volts. C'est l'indicateur le plus élevé que quiconque ait atteint avec l'aluminium, et à l'avenir, cet indicateur sera amélioré, disent les développeurs de nouvelles batteries.

Une densité de stockage d'énergie de 40 W-heure par kilogramme a été atteinte, tandis que batteries au lithium-ion ce chiffre atteint 206 watts par kilogramme. Cependant, l'amélioration du matériau cathodique, le professeur Hongji Dai est sûr, conduira finalement à la fois à une augmentation de la tension et à une augmentation de la densité de stockage d'énergie dans les batteries à technologie aluminium-ion. Dans tous les cas, un certain nombre d'avantages par rapport à la technologie lithium-ion ont déjà été obtenus. Ici, à faible coût, combiné à la sécurité, à la recharge à haute vitesse, à la flexibilité et à une longue durée de vie.