17/09/2011 - Les batteries pourraient stocker plus d'énergie grâce aux algues.

Menéame

Les piles à ions au lithium pourraient stocker jusqu'à dix fois plus d’énergie par pile si on utilisait des oligo-éléments de silicium plutôt que du graphite. Mais les fabricants n’utilisent pas de silicium parce que les oxydants de ce matériau se dégradent rapidement avec les charges et les décharges de la batterie.

Des chercheurs de l’Institut de technologie de Géorgie (Géorgie Tech) et de l’Université Clemson (États-Unis) pensent qu’ils ont peut-être trouvé l’ingrédient qui fera fonctionner les agents de lixiviation de silicium: un liants et un conservateur des aliments dérivés des algues dont l’utilisation est assez fréquente dans de nombreux produits domestiques. Ils disent que ce matériau ne servirait pas seulement à fabriquer des batteries à ions au lithium plus efficaces, mais aussi plus écologiques et moins chères.

Les batteries à ions au lithium stockent de l’énergie par l’accumulation d’ions dans l’incontinence. En cours d’utilisation, ces ions migrent, par voie hydratée, vers la tératomère. Les agents de surface sont généralement fabriqués en mélangeant une poudre de graphite électroactif avec un polymère liants (habituellement le polyfluorure de vinhinoe, PVDF en anglais), dissous dans un solvant appelé NMP. Le mélange qui en résulte s’étend sur la feuille métallique utilisée pour collecter le courant électrique et est séché.

Si l’on utilise des particules de silicium comme base pour la poussière électroactive, l’incontinence de la batterie peut stocker plus d’ions. Mais les particules de silicium sont gonflées à mesure que la batterie est chargée, et peuvent quadrupler leur taille initiale. Cette augmentation de taille provoque des fissures dans le liants, le PVDF, abîmant l’incontinence. Dans une étude publiée jeudi dernier par Science, les scientifiques de Georgia Tech et Clemson montrent que lorsqu'on utilise l’alginate au lieu de PVDF, l’anode peut gonfler et le liants ne s’écroule pas. Cela a permis aux chercheurs de créer un éthylène de silicium stable qui, jusqu'à présent, a prouvé qu’il avait huit fois plus de capacité que les meilleurs hydrogènes basés sur le graphite.

Le polymère alginate est fabriqué avec des algues brunes, y compris la variété qui forme des forêts d’algues laminaires géantes. Il est déjà largement utilisé comme agent gélifiant et conservateur de la nourriture. Au départ, les chercheurs ont pensé remplacer le PVDF par une combinaison de plusieurs matériaux différents. Ensuite, sur la base de la théorie, ils ont réalisé qu’un polymère avec la juste quantité de structure uniforme pourrait faire tout ce que le liants est censé faire, y compris fournir un bon support structurel tout en ne réagissant pas chimiquement avec l’hydrogène.

Gleb Yushin, l’un des chercheurs et directeur du Centre géorgien des matériaux nanostructurés pour le stockage de l’énergie, affirme que l’équipe a constaté que certains polymères synthétiques, dérivés de la cellulose des plantes, avaient des structures semblables à celles dont ils avaient besoin mais n’étaient pas suffisamment uniformes. L’équipe a donc commencé à analyser les plantes aquatiques. Selon Yushin, "nous pensions qu’il existait déjà un polymère [que nous pourrions utiliser], parce que les plantes aquatiques, en particulier celles qui vivent en mer, sont immergées dans un hydrogène " et auraient donc évolué pour éviter des réactions indésirables. Ils ont croisé l’alginate, qui peut être extrait en bouillant des laminaires dans de l’eau carbonée et qui a la structure uniforme qu’ils exigeaient.

Un autre avantage de l’alginate par rapport au PVDF est que, lors de la fabrication des oligo-éléments, l’alginate peut être dissous dans l’eau, éliminant ainsi la nécessité d’utiliser le NMP, ce qui peut entraîner un processus de fabrication plus écologique. Les chercheurs pensent que le liants pourrait être intégré dans les systèmes actuels de fabrication d’incontinence en remplaçant simplement le PVDF et le NMP par l’alginate et l’eau. L’alginate pourrait également être utilisé pour améliorer les performances des oligo-éléments basés sur le graphite, en permettant plus de cycles de chargement et de déchargement tout au long de la vie de la batterie.

Le potentiel d’un éthylène de silicium ne peut être pleinement exploité tant que les chercheurs n’ont pas développé un ions de lithium équivalent capable de manipuler la même quantité. Mais même avec les ions de lithium qui existent aujourd'hui, les alginates d’alginate- ester pourraient augmenter la capacité des batteries à ions lithium de 30 à 40 pour cent, selon Yushin.

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