Des batteries à base de végétaux

 
janv. 31 2014
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L'écosystème du stockage d'énergie est en pleine mutation. Deux récents travaux scientifiques se dirigent vers la fabrication de batteries fabriquées à base de végétaux.

Des batteries à base de cellulose, de sodium et d'étain

Imaginez une batterie constituée par un ruban de bois recouvert d'étain qui pourrait être durable, efficace et respectueuse de l'environnement. C'est la prouesse réussie par une équipe de chercheurs en matériaux de l'université du Maryland dirigé par Liangbing Hu. Pour autoriser le mouvement des électrons, les composants de la batterie testée sont mille fois plus minces qu'une feuille de papier.

Fibres de cellulose

Des fibres de cellulose observées au microscope électronique - Copyright : Université du Maryland

A l'origine, les chercheurs cherchaient à développer une batterie au sodium, un composant beaucoup plus écologique et abondant (le sel marin contient du sodium par exemple) que le lithium actuellement utilisé en masse par l'industrie des batteries. L'abondance du sodium le rend extrêmement bon marché. L'étain est connu pour être un partenaire idéal pour les batteries au sodium (l'étain joue le rôle d'anode), mais présente des limitations telles qu'un large volume d'expansion lors de la charge, et une faible rapidité de charge. Dans leurs travaux, les chercheurs ont utilisé un substrat de cellulose (de bois) qui permet d'absorber les stresses mécaniques créés l'étain. La nature souple de la cellulose permet en effet de se comprimer lors de l'expansion, et sa structure spongieuse en fait aussi un bon réservoir pour l'electrolyte qui permet le transport d'ions entre étain et sodium.

La batterie ainsi fabriquée peut soutenir 400 cycles de charge/décharge.

"L'inspiration derrière cette découverte vient des arbres" , a déclaré Hu. "Les fibres de bois qui composent un arbre sont présentes pour conserver l'eau riche en minéraux, et sont donc idéales pour le stockage des électrolytes liquides. Les fibres de cellulose sont non seulement la base, mais une partie active de la batterie . "

Source :

Zhu H, Jia Z, Chen Y, Weadock N, Wan J, Vaaland O, Han X, Li T, & Hu L (2013). Tin Anode for Sodium-Ion Batteries Using Natural Wood Fiber as a Mechanical Buffer and Electrolyte Reservoir. Nano letters PMID: 23718129

Des batteries utilisant la molécule produite par la rhubarde

Un peu plus récemment cette fois, ce sont des chercheurs de l'université de Harvard qui ont publié des résultats faisant état d'une batterie sans élément métallique. A l'origine leur motivation était de répondre à la demande de plus en plus importante liée aux énergies renouvellables : une éolienne ou un panneau solaire produit de façon discontinue et par pics. Le stockage classique (batteries à electrodes solides) ne permet pas de conserver de manière optimum cette énergie.

Un autre type de batterie existe (batterie de type flux redox) plus adapté, mais qui utilise cependant des métaux précieux et trop couteux. Pour contourner le problème l'équipe a étudié les propriétés électroniques d'une famille de matériaux nommés "quinones". Les électrodes utilisées sont à base de Carbone.

L'originalité des quinones vient de leur leur faible cout, mais surtout leur présence naturelle dans de nombreux végétaux. Il a été mis en avant la similarité entre la quinone utilisée par Michael Aziz, le professeur à l'origine de la découverte) et celle présente dans la Rhubarbe. Cela ne veux pas dire, toutefois, que tout le monde pourrait faire pousser de la rhubarbe et créer sa batterie : l'electrolyte utilisé est à base d'acide sulfurique.

Feuilles de Rhubarbe

Un plant de rhubarbe

Source :

Huskinson B, Marshak MP, Suh C, Er S, Gerhardt MR, Galvin CJ, Chen X, Aspuru-Guzik A, Gordon RG, & Aziz MJ (2014). A metal-free organic-inorganic aqueous flow battery. Nature, 505 (7482), 195-8 PMID: 24402280

Conclusion

Ces deux travaux montrent bien la direction résolument écologique prise actuellement par les chercheurs et laisse présager de belles découvertes tant au niveau scientifique que pour l'environnement. Si le stockage d'énergie actuellement très polluant) devient plus écologique et performant grâce à la Nature, la planète a de beaux jours devant elle.

Disclaimer : cet article a été rédigé indépendamment par l'auteur sur une idée originale et financé par France Batterie

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