Des chercheurs chinois ont considérablement amélioré les performances des batteries sodium-ion en méthylant les électrolytes hydrogels, augmentant ainsi leur absorption de sel et leur stabilité. Cette avancée améliore non seulement l’efficacité de ces batteries respectueuses de l’environnement, mais ouvre également de nouvelles possibilités pour les applications d’hydrogel dans diverses technologies.
Les scientifiques utilisent la méthylation des électrolytes pour améliorer les batteries sodium-ion flexibles.
Les batteries aqueuses flexibles, couramment utilisées dans les appareils électroniques portables, comprennent généralement un électrolyte hydrogel composé d’eau et de sel. Une équipe de chercheurs chinois a réalisé des progrès significatifs en augmentant la stabilité saline des hydrogels dans les batteries sodium-ion. Ils y sont parvenus en méthylant le polymère structurel de l’hydrogel, ce qui a empêché le relargage et, par conséquent, amélioré la capacité et les performances de cyclage de la batterie.
Leurs découvertes ont été récemment publiées dans la revue Angewandte Chemie.
Batteries sodium-ion : une alternative durable
Les batteries sodium-ion sont une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion car elles contiennent des matériaux moins chers et plus écologiques que les batteries Li-ion. Cependant, les nouvelles batteries nécessitent le développement de nombreux nouveaux composants, qui doivent tous être adaptés à l’ion sodium. L’un des composants les plus essentiels est l’électrolyte qui, dans le cas des batteries fines et flexibles, se présente souvent sous la forme d’un hydrogel. Ces matériaux flexibles contenant de l’eau absorbent les sels de sodium dissous et peuvent conduire des ions.
Malgré l’adéquation des hydrogels, un problème encore non résolu est celui de la séparation des phases et du relargage aux concentrations élevées de sel nécessaires pour une large fenêtre de stabilité électrochimique. Guanglei Cui et ses collègues de l’Académie chinoise des sciences de Qingdao, en Chine, ont réussi à modifier un hydrogel pour une batterie sodium-ion afin de lui faire absorber beaucoup plus de sel de manière stable et sûre.
Pour y parvenir, ils se sont tournés vers une technique également utilisée dans la nature pour réguler la liaison de l’eau et du sel dans les grandes biomolécules : la méthylation. Dans les protéines, la méthylation provoque le « coiffage » des groupes amine et amide, qui deviennent moins accessibles aux molécules d’eau qui jouent un rôle dans la réticulation au sein de la structure protéique et dans la dissolution des ions sel.
Impact de la méthylation sur les performances de l’hydrogel
Étant donné que les polymères polyamides utilisés pour les hydrogels contiennent également des groupes amide, leur réticulation importante à travers les molécules d’eau peut provoquer un relargage qui conduit à la dégradation de l’électrolyte. Dans cette optique, l’équipe a comparé un hydrogel constitué d’un polyamide commun à un hydrogel constitué d’un polyamide avec des groupes amide méthylés. Cette dernière était capable d’absorber beaucoup plus de sel que la variante originale. Même à des concentrations de sel record, l’électrolyte hydrogel est resté transparent et stable.
La teneur plus élevée en sel signifie que la plage de tension électrochimiquement utilisable de la cellule peut être étendue. De plus, l’équipe n’a observé aucun signe de désintégration au niveau des électrodes, une meilleure stabilité en cyclage et la cellule de batterie assemblée a atteint une capacité supérieure à celle de la variante non méthylée. Il était même possible d’utiliser une feuille d’aluminium bon marché comme collecteur de courant dans ce système.
Les auteurs suggèrent que la simple méthylation du polyamide pourrait également convenir à d’autres technologies, par exemple dans le développement de médicaments, pour rendre les hydrogels plus résistants aux sels et donc plus stables.
L’étude a été financée par le Programme national de recherche et de développement de Chine, la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, la Fondation des sciences naturelles de la province du Shandong, la Fondation Taishan Scholar de la province du Shandong, l’Institut de l’énergie du Shandong et l’Académie chinoise des sciences. .
