Les chercheurs de POSTECH ont développé un film protecteur à base de gomme xanthane pour les électrodes des batteries, améliorant ainsi la durabilité et l’efficacité des batteries zinc-ion. Cette innovation marque une étape importante vers des solutions d’énergie verte durables et répond aux principaux défis de la technologie de stockage d’énergie.
La gomme xanthane, substance issue à l’origine de plantes comme le chou et reconnue pour sa composition en glucides, est couramment utilisée en cosmétique comme barrière naturelle pour maintenir ses bienfaits pour la peau. Dans le cadre d’une avancée innovante, la gomme xanthane a désormais été exploitée pour créer un bouclier protecteur pour les électrodes de la batterie, plutôt que pour la peau.
Le professeur Changshin Jo de l’Institut universitaire de technologie des matériaux ferreux et écologiques et du Département de génie chimique et Jooyoung Jang, doctorant du Département de génie chimique de l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH), ont fabriqué un film protecteur en mélange de polymères. Ce film améliore la durabilité des électrodes de batterie et les résultats de leurs recherches ont été présentés dans la revue internationale Matériaux de stockage d’énergie.
L’importance croissante des systèmes de stockage d’énergie
Les sources d’énergie renouvelables comme l’énergie solaire étant par nature 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 en cas de besoin, ce qui en fait un élément crucial dans l’exploitation des énergies renouvelables. Alors que les batteries lithium-ion (Li-ion) sont traditionnellement utilisées pour les applications ESS, leur coût élevé et les préoccupations concernant l’épuisement du lithium ont incité à poursuivre la recherche de solutions alternatives.
Présentation d’un bouclier à base de gomme xanthane pour favoriser un dépôt uniforme de zinc. Crédit : POSTECH
Une alternative prometteuse au lithium est le zinc (Zn), un élément abondant sur Terre. Les batteries zinc-ion ont la capacité de stocker des quantités importantes d’énergie et sont plus sûres en termes de risques d’incendie que les batteries lithium-ion. Néanmoins, parvenir à un dépôt constant de zinc sur les électrodes des batteries ESS est une tâche difficile, et les cycles répétés de charge et de décharge ont tendance à conduire à la formation de cristaux ressemblant à des brindilles sur la surface du zinc, réduisant ainsi la longévité de la batterie.
Percée dans la technologie des batteries utilisant la gomme xanthane
Dans cette enquête, l’équipe de recherche a utilisé la gomme xanthane biopolymère 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 produit une couche protectrice lisse sur la surface de l’électrode, la protégeant efficacement des impacts physiques et des contaminants chimiques.
De plus, ce film protecteur était riche en groupes fonctionnels oxygène, qui jouaient un rôle crucial en facilitant la nucléation uniforme du zinc, entraînant un dépôt efficace de zinc sur la surface de l’électrode. Par conséquent, la formation de cristaux ressemblant à des brindilles sur la surface du zinc a été considérablement atténuée et le film a démontré une stabilité remarquable même après 200 jours de charges et décharges répétées.
Le professeur Changshin Jo a déclaré : « J’espère que cette recherche contribuera à l’avancement de la technologie ESS pour la production durable d’énergie verte. »
La recherche a été parrainée par la Fondation nationale de recherche de Corée et l’Institut coréen d’évaluation et de planification des technologies énergétiques.
