« Cette batterie va bouleverser votre quotidien » : une conception d’accumulateur d’eau atteint 220 cycles sans perte de capacité, une avancée incroyable dans le stockage d’énergie

Les récentes avancées dans le domaine des batteries redox organiques aqueuses (AORFB) soulignent l’importance de nouvelles conceptions électrolytiques pour le stockage d’énergie à grande échelle. Une équipe de chercheurs de l’université Xi’an Jiaotong, dirigée par le professeur Gang He, a mis au point une batterie innovante qui ne montre aucune dégradation de capacité après 220 cycles de charge-décharge. Cette découverte pourrait transformer la manière dont nous envisageons le stockage d’énergie, en offrant une solution potentiellement plus stable et moins coûteuse que les technologies existantes.

Les défis des électrolytes à base de NDI

Les batteries redox organiques aqueuses sont prometteuses pour le stockage d’énergie en raison de leurs composants abondants et de leur fonctionnement dans des solutions à base d’eau. Les dérivés du naphtalène diimide (NDI) sont considérés comme des candidats potentiels pour l’anolyte, grâce à leur capacité à stocker deux électrons par molécule, ce qui contribue à la densité énergétique de la batterie.

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Cependant, leur utilisation pratique est limitée par des problèmes de performance. Les chaînes latérales et les anneaux imides des molécules de NDI sont vulnérables à l’attaque nucléophile par les ions hydroxydes dans l’électrolyte aqueux, entraînant une décomposition moléculaire. De plus, l’agrégation induite par les radicaux des molécules peut augmenter la viscosité de l’électrolyte, affectant ainsi le fonctionnement de la batterie. Tandis que des modifications antérieures ont amélioré la solubilité des matériaux NDI, la stabilité moléculaire et la durabilité des cycles restent des domaines à améliorer.

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Batterie à eau : une solution moléculaire innovante

Pour surmonter ces obstacles, les chercheurs ont synthétisé des dérivés de NDI modifiés avec des zwitterions en utilisant une méthode à pression atmosphérique. L’introduction de ces zwitterions, contenant des charges positives et négatives, crée une répulsion électrostatique entre les molécules de NDI. Cette répulsion organise les molécules dans un motif d’empilement parallèle-décalé. L’angle entre les molécules adjacentes est de 42,8°, et la distance d’empilement est de 3,45 Å.

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Ce modèle présente plusieurs avantages. D’abord, les quatre centres chargés sur la molécule NDI zwitterionique, appelée (CBu)2NDI, augmentent sa solubilité à 1,49 M. Ensuite, l’agencement renforce l’aromaticité de la molécule dans son état réduit, ce qui contribue à sa stabilité lors du transfert d’électrons. Cette structure empêche également les réactions de décomposition irréversible sur la chaîne latérale et les anneaux diimides causées par l’attaque des ions hydroxydes.

Résultats de performance et perspectives d’avenir

Les calculs d’énergie ponctuelle ont indiqué que les ions potassium (K+) de l’électrolyte stabilisent la structure (CBu)2NDI par attraction électrostatique. La batterie à flux utilisant cet électrolyte, associée à un catholyte de ferrocyanure de potassium, a été testée à une concentration d’électrons de 2 M. Le coût total des matériaux électrolytiques est estimé à 5,80 euros par ampère-heure.

Le développement d’électrolytes à base de NDI, stables et peu coûteux, représente une étape vers la commercialisation potentielle des AORFB. La stabilité des cycles à long terme de ces batteries à haute concentration reste un axe de développement pour cette technologie de stockage d’énergie.

Alors que les chercheurs continuent d’explorer les capacités des batteries à flux organiques, nous devons nous poser la question : cette nouvelle technologie pourrait-elle révolutionner le paysage énergétique mondial en offrant une solution durable et économiquement viable pour le stockage à grande échelle ?