Nouvelle technologie de l'Institut des sciences des matériaux de Barcelone: elle réduit les pertes d'énergie et améliore les performances des batteries zinc-air, ouvrant la voie à d'autres systèmes de stockage.
En Espagne, des chercheurs de l'Institut des sciences des matériaux de Barcelone (ICMAB-CSIC) ont mis au point une nouvelle architecture pour des batteries zinc-air qui permet d'augmenter leur puissance jusqu'à 80 % sans modifier leur chimie de base. Le système intègre des éléments conducteurs à l'intérieur de la batterie, qui fonctionnent comme des électrodes bipolaires sans fil afin de faciliter le transport de charge et de réduire la résistance interne.
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Cette avancée ouvre une nouvelle voie pour concevoir des batteries plus efficaces et plus performantes. L'étude, publiée dans la revue "Energy Storage Materials", a été menée en collaboration avec l'Institut catalan de nanoscience et de nanotechnologie (ICN2) et l'Université nationale de La Plata (Argentine).
Selon les chercheurs, ce travail et les études précédentes du groupe remettent en cause la conception classique des batteries et proposent une nouvelle manière d'imaginer les systèmes de stockage d'énergie.
Un principe de conception change les règles
Les batteries produisent de l'électricité grâce à la différence d'énergie entre les matériaux de leurs deux électrodes. Les charges se déplacent de l'une à l'autre à travers l'électrolyte, un matériau qui permet le mouvement des ions. Jusqu'à présent, on considérait que ce composant devait empêcher le passage des électrons pour éviter tout risque de court-circuit. La nouvelle étude remet en question ce principe.
L'équipe dirigée par Nieves Casañ-Pastor, chercheuse à l'ICMAB-CSIC, a montré que, dans certaines conditions, de petites pièces métalliques conductrices peuvent être intégrées à l'intérieur de la batterie sans être reliées ni aux électrodes ni au circuit externe, et que cette insertion peut même améliorer son fonctionnement.
La clé réside dans le champ électrique qui se crée entre les deux électrodes lorsque la batterie est en fonctionnement. Les chercheurs ont constaté qu'introduire entre elles un ou plusieurs éléments conducteurs isolés ne provoque pas de court-circuit et peut contribuer à améliorer le transport de charge.
Le champ électrique polarise les pièces conductrices, qui accumulent des charges opposées à leurs extrémités et créent de nouvelles voies pour le transport de charge. Cela réduit la résistance interne et permet de fournir l'énergie plus rapidement. "Ce qui est surprenant, c'est que ces conducteurs ne sont reliés par aucun câble à quoi que ce soit : il suffit de les introduire dans le système pour qu'ils produisent des effets bénéfiques", explique Casañ-Pastor.
Oxygène : le défi au cœur du nouveau design
Ce travail de recherche, qui s'inscrit dans la thèse de doctorat de Marc Mosqueda, met en évidence le potentiel des batteries zinc-air, fabriquées à partir de matériaux abondants, peu coûteux et sûrs, mais limitées par la lente réaction de l'oxygène.
Le nouveau design intègre des électrodes bipolaires sans fil qui réduisent la résistance interne et accélèrent la fourniture d'énergie, ce qui permet d'augmenter la puissance jusqu'à 80 %.
Pour Casañ-Pastor, cette découverte ouvre une voie qui pourrait être appliquée à différentes technologies de stockage. L'équipe a déjà observé des effets similaires dans d'autres systèmes et poursuivra l'exploration des possibilités offertes par les électrodes bipolaires sans fil.