Une batterie à base de zinc et de lignine qui peut être utilisée plus de 8 000 fois. Celui-ci a été développé par des chercheurs de l’Université de Linköping dans le but de fournir une solution de batterie bon marché et durable aux pays où l’accès à l’électricité est limité. L’étude a été publiée dans la revue Energy & Environmental Materials.
Reverant Crispin et Ziyauddin Khan, chercheurs au Laboratoire d’électronique organique. Crédit image : Thor Balkhed/Université de Linköping
« Les panneaux solaires sont devenus relativement peu coûteux et de nombreuses personnes dans les pays à faible revenu les ont adoptés. Cependant, près de l’équateur, le soleil se couche vers 18 heures, laissant les ménages et les entreprises sans électricité. Nous espérons que cette technologie de batterie, même avec des performances inférieures à celles des batteries Li-ion coûteuses, offrira à terme une solution à ces situations », déclare Reverant Crispin, professeur d’électronique organique à l’université de Linköping.
Son groupe de recherche du Laboratoire d’électronique organique, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Karlstad et de Chalmers, a développé une batterie à base de zinc et de lignine, deux matériaux rentables et respectueux de l’environnement. En termes de densité énergétique, elle est comparable aux batteries au plomb mais sans le plomb, qui est toxique.
Batterie stable
La batterie est stable, car elle peut être utilisée sur 8 000 cycles tout en conservant environ 80 % de ses performances. De plus, la batterie conserve sa charge pendant environ une semaine, soit beaucoup plus longtemps que d’autres batteries similaires à base de zinc qui se déchargent en quelques heures seulement.
Bien que les batteries à base de zinc soient déjà sur le marché, principalement sous forme de batteries non rechargeables, elles devraient compléter et, dans certains cas, remplacer les batteries lithium-ion à long terme lorsque la fonctionnalité de recharge sera correctement introduite.
« Bien que les batteries lithium-ion soient utiles lorsqu’elles sont manipulées correctement, elles peuvent être explosives, difficiles à recycler et problématiques en termes de problèmes environnementaux et de droits de l’homme lorsque des éléments spécifiques comme le cobalt sont extraits. Par conséquent, notre batterie durable offre une alternative prometteuse où la densité énergétique n’est pas critique », déclare Ziyauddin Khan, chercheur au Laboratoire d’électronique organique de LiU.
Pas cher et recyclable
Le problème avec les batteries au zinc est principalement dû à une mauvaise durabilité due à la réaction du zinc avec l’eau présente dans la solution électrolytique de la batterie. Cette réaction conduit à la génération d’hydrogène gazeux et à la croissance dendritique du zinc, rendant la batterie essentiellement inutilisable.
Pour stabiliser le zinc, une substance appelée électrolyte de sel de polymère à base d’eau dans le polyacrylate de potassium (WiPSE) est utilisée. Ce que les chercheurs de Linköping ont démontré, c’est que lorsque le WiPSE est utilisé dans une batterie contenant du zinc et de la lignine, la stabilité est très élevée.
« Le zinc et la lignine sont très bon marché et la batterie est facilement recyclable. Et si vous calculez le coût par cycle d’utilisation, cela devient une batterie extrêmement bon marché par rapport aux batteries lithium-ion », explique Ziyauddin Khan.
Évolutif
Actuellement, les batteries développées en laboratoire sont petites. Cependant, les chercheurs pensent qu’ils peuvent créer de grosses batteries, à peu près de la taille d’une batterie de voiture, grâce à l’abondance de lignine et de zinc à faible coût. Cependant, la production de masse nécessiterait l’implication d’une entreprise.
Le révérend Crispin affirme que la position de la Suède en tant que pays innovant lui permet d’aider d’autres pays à adopter des alternatives plus durables.
« Nous pouvons considérer qu’il est de notre devoir d’aider les pays à faible revenu à éviter de commettre les mêmes erreurs que nous. Lorsqu’ils construisent leur infrastructure, ils doivent immédiatement commencer par utiliser des technologies vertes. Si une technologie non durable est introduite, elle sera utilisée par des milliards de personnes, conduisant à une catastrophe climatique », déclare Reverant Crispin.
La recherche a été principalement financée par la Fondation Knut et Alice Wallenberg par l’intermédiaire du Wallenberg Wood Science Centre, du Conseil suédois de la recherche, d’Åforsk, du domaine de recherche stratégique du gouvernement suédois sur les matériaux fonctionnels avancés (AFM) à l’Université de Linköping et de Vinnova via Fun-Mat II. . La collaboration à long terme avec Ligna Energy AB au sein du centre SESBC est financée par l’Agence suédoise de l’énergie.
Article : Électrolyte de sel eau dans polymère pour batterie zinc-lignine aqueuse rechargeable longue durée, Divyaratan Kumar, Leandro R. Franco, Nicole Abdou, Rui Shu, Anna Martinelli, C. Moyses Araujo, Johannes Gladisch, Viktor Gueskine, Reverant Crispin & Ziyauddin Khan ; Energy & Environmental Materials 2024, publié en ligne le 7 mai 2024. DOI : 10.1002/eem2.12752
Écrit par Anders Törneholm
Source : Université de Linköping
