La nouvelle batterie zinc-lignine est stable, car elle peut être utilisée sur 8 000 cycles tout en conservant environ 80 % de ses performances. La barrière développée par les chercheurs est petite mais la technologie est évolutive. Crédit : Thor Balkhed
Des chercheurs de l'Université de Linköping en Suède ont développé une batterie à base de zinc et de lignine qui peut être rechargée plus de 8 000 fois. Cette innovation vise à offrir une alternative aux batteries abordable et écologique, notamment pour les régions ayant un accès limité à l’électricité. Les résultats sont détaillés dans la revue Matériaux énergétiques et environnementaux.
« Les panneaux solaires sont devenus relativement peu coûteux et de nombreuses personnes dans les pays à faible revenu les ont adoptés. Cependant, près de l’équateur, le soleil se couche vers 18 heures, laissant les ménages et les entreprises sans électricité. Nous espérons que cette technologie de batterie, même avec des performances inférieures à celles des batteries Li-ion coûteuses, offrira à terme une solution à ces situations », déclare Reverant Crispin, professeur d'électronique organique à l'université de Linköping.
Avancées dans les matériaux de batterie
Son groupe de recherche du Laboratoire d'électronique organique, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Karlstad et de Chalmers, a développé une batterie à base de zinc et de lignine, deux matériaux rentables et respectueux de l'environnement. En termes de densité énergétique, il est comparable au plomb.acide des piles mais sans le plomb, qui est toxique.
Chercheurs Reverant Crispin et Ziyauddin Khan du Laboratoire d'électronique organique. Crédit : Thor Balkhed
La batterie est stable, car elle peut être utilisée sur 8 000 cycles tout en conservant environ 80 % de ses performances. De plus, la batterie conserve sa charge pendant environ une semaine, soit beaucoup plus longtemps que d'autres batteries similaires à base de zinc qui se déchargent en quelques heures seulement.
Bien que les batteries à base de zinc soient déjà sur le marché, principalement sous forme de batteries non rechargeables, elles devraient compléter et, dans certains cas, remplacer les batteries lithium-ion à long terme lorsque la fonctionnalité de recharge sera correctement introduite.
Rentabilité et recyclage
« Bien que les batteries lithium-ion soient utiles lorsqu’elles sont manipulées correctement, elles peuvent être explosives, difficiles à recycler et problématiques en termes de problèmes environnementaux et de droits de l’homme lorsque des éléments spécifiques comme le cobalt sont extraits. Par conséquent, notre batterie durable offre une alternative prometteuse où la densité énergétique n’est pas critique », déclare Ziyauddin Khan, chercheur au Laboratoire d’électronique organique de LiU.
Le problème avec les batteries au zinc est principalement dû à une mauvaise durabilité due à la réaction du zinc avec l'eau présente dans la solution électrolytique de la batterie. Cette réaction conduit à la génération d’hydrogène gazeux et à la croissance dendritique du zinc, rendant la batterie pratiquement inutilisable.
Pour stabiliser le zinc, une substance appelée électrolyte eau-dans-polymère-sel à base de polyacrylate de potassium (WiPSE) est utilisée. Ce que les chercheurs de Linköping ont démontré, c'est que lorsque le WiPSE est utilisé dans une batterie contenant du zinc et de la lignine, la stabilité est très élevée.
« Le zinc et la lignine sont très bon marché et la batterie est facilement recyclable. Et si vous calculez le coût par cycle d’utilisation, cela devient une batterie extrêmement bon marché par rapport aux batteries lithium-ion », explique Ziyauddin Khan.
Actuellement, les batteries développées en laboratoire sont petites. Cependant, les chercheurs pensent qu’ils peuvent créer de grosses batteries, à peu près de la taille d’une batterie de voiture, grâce à l’abondance de lignine et de zinc à faible coût. Cependant, la production de masse nécessiterait l’implication d’une entreprise.
Le révérend Crispin affirme que la position de la Suède en tant que pays innovant lui permet d'aider d'autres pays à adopter des alternatives plus durables.
« Nous pouvons considérer qu’il est de notre devoir d’aider les pays à faible revenu à éviter de commettre les mêmes erreurs que nous. Lorsqu’ils construisent leur infrastructure, ils doivent immédiatement commencer par utiliser des technologies vertes. Si une technologie non durable est introduite, elle sera utilisée par des milliards de personnes, conduisant à une catastrophe climatique », déclare Reverant Crispin.
Financement : Knut et Alice Wallenbergs Stiftelse, Wallenberg Wood Science Center, Vetenskapsrådet, Stiftelsen Åforsk, domaine de recherche stratégique du gouvernement suédois sur les matériaux fonctionnels avancés (AFM) à l'Université de Linköping, Vinnova
