Un nouveau concept de batterie basé sur les ions fluorure pourrait augmenter la durée de vie de la batterie - ScienceDaily

Imaginez ne pas avoir à charger votre téléphone ou votre ordinateur portable pendant des semaines. C'est le rêve des chercheurs qui recherchent des batteries alternatives qui vont au-delà des versions lithium-ion actuelles. Maintenant, dans une nouvelle étude parue dans le journal Science, des chimistes de plusieurs institutions, notamment Caltech et le Jet Propulsion Laboratory, géré par Caltech pour la NASA, ainsi que le Honda Research Institute et le Lawrence Berkeley National Laboratory, ont mis au point un nouveau procédé de fabrication de piles rechargeables à base de fluorure, le forme ou anion chargée négativement de l'élément fluor.

"Les batteries au fluorure peuvent avoir une densité d'énergie plus élevée, ce qui signifie qu'elles peuvent durer plus longtemps – jusqu'à huit fois plus longtemps que les piles utilisées aujourd'hui", déclare le co-auteur de l'étude, Robert Grubbs, professeur de chimie au Victor and Elizabeth Atkins de Caltech et gagnant du prix Nobel de chimie 2005. "Mais travailler avec du fluor peut être difficile, en particulier parce qu'il est si corrosif et réactif."

Dans les années 1970, les chercheurs ont tenté de créer des piles au fluorure rechargeables utilisant des composants solides, mais les piles à l'état solide ne fonctionnent qu'à des températures élevées, ce qui les rend peu pratiques pour une utilisation quotidienne. Dans la nouvelle étude, les auteurs indiquent enfin comment utiliser les composants liquides pour que les piles au fluorure fonctionnent – les piles liquides fonctionnant facilement à température ambiante.

"Nous en sommes encore aux premiers stades de développement, mais il s'agit de la première pile au fluorure rechargeable qui fonctionne à température ambiante", déclare Simon Jones, chimiste à JPL et auteur correspondant de la nouvelle étude.

Les batteries génèrent des courants électriques en faisant basculer des atomes ou des ions chargés entre une électrode positive et une électrode négative. Ce processus de navette se déroule plus facilement à la température ambiante lorsque des liquides entrent en jeu. Dans le cas des batteries lithium-ion, le lithium est transféré entre les électrodes à l'aide d'une solution liquide ou d'un électrolyte.

"Recharger une batterie, c'est comme pousser une balle dans une colline et la laisser rouler encore et encore", explique le co-auteur Thomas Miller, professeur de chimie à Caltech. "Vous allez et vient entre stocker de l'énergie et l'utiliser."

Alors que les ions lithium sont positifs (appelés cations), les ions fluorure utilisés dans la nouvelle étude portent une charge négative (et sont appelés anions). Travailler avec des anions dans des piles présente à la fois des avantages et des inconvénients.

"Pour une batterie qui dure plus longtemps, vous devez déplacer un plus grand nombre de charges. Il est difficile de déplacer des cations métalliques à charges multiples, mais un résultat similaire peut être obtenu en déplaçant plusieurs anions chargés individuellement, qui se déplacent plus facilement", déclare Jones qui effectue des recherches au JPL sur les sources d'énergie nécessaires aux engins spatiaux. "Les difficultés de ce système font en sorte que le système fonctionne à des tensions utilisables. Dans cette nouvelle étude, nous montrons que les anions méritent vraiment l'attention des scientifiques, car nous montrons que le fluor peut fonctionner à des tensions suffisamment élevées."

La clé pour que les piles au fluorure fonctionnent dans un liquide plutôt que dans un état solide s’est avérée être un liquide électrolytique appelé éther bis (2,2,2-trifluoroéthyle), ou BTFE. Ce solvant est ce qui aide à maintenir l'ion fluorure stable afin qu'il puisse transporter des électrons dans la batterie. Jones dit que sa stagiaire à l'époque, Victoria Davis, qui étudie maintenant à l'Université de Caroline du Nord, Chapel Hill, a été la première à penser à essayer BTFE. Bien que Jones n’ait pas beaucoup d'espoir que cela réussisse, l'équipe a quand même décidé de l'essayer et a été surprise que cela fonctionne si bien.

À ce stade, Jones a demandé à Miller de l’aider à comprendre pourquoi la solution fonctionnait. Miller et son groupe ont procédé à des simulations informatiques de la réaction et ont déterminé quels aspects du BTFE stabilisaient le fluorure. À partir de là, l’équipe a pu peaufiner la solution BTFE en la modifiant avec des additifs afin d’améliorer ses performances et sa stabilité.

"Nous découvrons une nouvelle façon de fabriquer des batteries plus durables", a déclaré Jones. "Le fluorure fait son retour dans les piles."

Source de l'histoire:

Matériel fourni par Institut de technologie de Californie. Original écrit par Whitney Clavin. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

.

Leave a comment

Send a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.