Des chercheurs de l'Institut de physique chimique de Dalian ont développé une batterie aqueuse innovante qui atteint une capacité spécifique de 840 Ah/L et une densité énergétique de 1 200 Wh/L, améliorant à la fois la sécurité et l'efficacité énergétique de la technologie des batteries. Crédit : DICP
Les batteries lithium-ion traditionnelles, bien qu’offrant une densité énergétique élevée, compromettent la sécurité car elles utilisent des électrolytes organiques inflammables.
Les batteries aqueuses utilisent de l'eau comme solvant pour les électrolytes, ce qui améliore considérablement la sécurité des batteries. Cependant, en raison de la solubilité limitée de l’électrolyte et de la faible tension de la batterie, les batteries aqueuses ont généralement une densité énergétique plus faible. Cela signifie que la quantité d’électricité stockée par unité de volume de batterie aqueuse est relativement faible.
Dans une nouvelle étude publiée dans Énergie naturelleun groupe de recherche dirigé par le professeur Li Xianfeng de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec le groupe du professeur Fu Qiang également du DICP, a développé une cathode à transfert multi-électrons basée sur sur le brome et l'iode, réalisant une capacité spécifique de plus de 840 Ah/L et atteignant une densité énergétique allant jusqu'à 1 200 Wh/L sur la base du catholyte lors de tests de batterie complets.
Améliorations et réalisations techniques
Pour améliorer la densité énergétique des batteries aqueuses, les chercheurs ont utilisé une solution halogène mixte d'ions iodure (I–) et les ions bromure (Br–) comme électrolyte. Ils ont développé une réaction de transfert multi-électrons, transférant I– à l'élément iode (je2) puis à ioder (IO3–). Pendant le processus de chargement, je– a été oxydé en IO3– du côté positif, et le H généré+ a été conduit vers le côté négatif sous la forme d'un électrolyte de support. Pendant le processus de décharge, H+ a été mené du côté positif, et IO3– a été réduit à moi–.
La cathode à transfert multi-électrons développée avait une capacité spécifique de 840 Ah/L. En combinant la cathode avec du cadmium métallique pour former une batterie complète, les chercheurs ont atteint une densité énergétique allant jusqu'à 1 200 Wh/L sur la base du catholyte développé.
En outre, les chercheurs ont confirmé que Br– ajouté à l'électrolyte pourrait générer du bromure d'iode polaire (IBr) pendant le processus de charge, ce qui faciliterait la réaction avec H2O pour former IO3–. Pendant la décharge, IO3– pourrait oxyder Br– à Br2 et a participé à la réaction électrochimique pour réaliser une décharge réversible et rapide d'IO3–. Par conséquent, l’intermédiaire bromure formé pendant le processus de charge et de décharge a optimisé le processus de réaction, améliorant efficacement la cinétique et la réversibilité de la réaction électrochimique.
Le groupe du professeur Fu a prouvé le processus de transfert multi-électrons grâce à la microscopie optique in situ, à la spectroscopie Raman, etc.
« Cette étude fournit une nouvelle idée pour la conception de batteries aqueuses à haute densité énergétique et pourrait étendre l'application des batteries aqueuses dans le domaine des batteries de puissance », a déclaré le professeur Li.
