Des scientifiques transforment la protection des batteries avec un ingrédient cosmétique.

Patrick Lesggie




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Les chercheurs de POSTECH ont développé un film protecteur à base de gomme de xanthane pour les électrodes de batterie, améliorant la durabilité et l’efficacité des batteries à ions de zinc. Cette innovation marque une avancée significative vers des solutions énergétiques vertes durables et répond aux principaux défis de la technologie de stockage d’énergie.

La gomme de xanthane, une substance initialement extraite de plantes comme le chou et reconnue pour sa composition en glucides, est couramment utilisée dans les cosmétiques comme barrière naturelle pour maintenir les bienfaits de la peau. Dans une avancée innovante, la gomme de xanthane a maintenant été exploitée pour créer un bouclier protecteur pour les électrodes de batterie, plutôt que pour la peau.

Le professeur Changshin Jo, de l’Institut supérieur de technologie des matériaux ferreux et écologiques et du département de génie chimique, et Jooyoung Jang, candidat au doctorat du département de génie chimique de l’Université des sciences et de la technologie de Pohang (POSTECH), ont conçu un film protecteur en mélangeant des polymères. Ce film améliore la durabilité des électrodes de batterie, et leurs recherches ont été publiées dans la revue internationale Energy Storage Materials.

L’importance croissante des systèmes de stockage d’énergie

Avec des sources d’énergie renouvelable comme l’énergie solaire étant intrinsèquement intermittentes, l’importance des systèmes de stockage d’énergie (ESS) ne cesse de croître. La technologie ESS permet la capture et l’utilisation efficace de l’électricité au moment voulu, ce qui en fait un élément crucial pour exploiter les énergies renouvelables. Alors que les batteries lithium-ion (Li-ion) ont traditionnellement été utilisées pour les applications ESS, leur coût élevé et les préoccupations concernant l’épuisement du lithium ont conduit à des recherches constantes sur des solutions alternatives.

Présentation d'un graphique de dépôt uniforme de zinc basé sur de la gomme de xanthane

Présentation d’un bouclier à base de gomme de xanthane pour favoriser le dépôt uniforme de zinc. Crédit : POSTECH

Une alternative prometteuse au lithium est le zinc (Zn), un élément abondant sur Terre. Les batteries à ions de zinc ont la capacité de stocker des quantités importantes d’énergie et sont plus sûres en termes de risques d’incendie par rapport aux batteries lithium-ion. Néanmoins, obtenir un dépôt de zinc homogène sur les électrodes des batteries ESS est une tâche difficile, et les cycles de charge et de décharge répétés conduisent à la formation de cristaux en forme de brindilles à la surface du zinc, réduisant la longévité de la batterie.

Avancée dans la technologie des batteries utilisant de la gomme de xanthane

Dans cette étude, l’équipe de recherche a utilisé le biopolymère de gomme de xanthane en combinaison avec un polymère conducteur ionique pour façonner un film protecteur pour l’électrode de la batterie. L’interaction entre ces deux polymères a permis de produire une couche protectrice lisse à la surface de l’électrode, la protégeant efficacement des chocs physiques et des contaminants chimiques.

De plus, ce film protecteur était riche en groupes fonctionnels d’oxygène, qui ont joué un rôle crucial dans la facilitation de la nucléation uniforme du zinc, entraînant un dépôt efficace de zinc à la surface de l’électrode. Par conséquent, la formation de cristaux en forme de brindilles à la surface du zinc a été significativement atténuée, et le film a démontré une remarquable stabilité même après avoir enduré 200 jours de charge et de décharge répétées.

Le professeur Changshin Jo a déclaré : « J’espère que cette recherche contribuera à faire avancer la technologie ESS pour une production d’énergie verte durable. »

Référence : « Biopolymère-blended protective layer for use in stabilizing the zinc anode in metal battery applications » par Jooyoung Jang, Jinyoung Chun et Changshin Jo, 29 août 2023, Energy Storage Materials.
DOI : 10.1016/j.ensm.2023.102948

La recherche a été financée par la Fondation nationale de la recherche de Corée et l’Institut coréen de l’évaluation et de la planification de la technologie de l’énergie.