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May 30, 2023

Aluminium

Les batteries aluminium-ion sont considérées comme une alternative prometteuse aux batteries conventionnelles qui utilisent des matières premières rares et difficiles à recycler comme le lithium. C'est parce que l'aluminium est l'un des

Les batteries aluminium-ion sont considérées comme une alternative prometteuse aux batteries conventionnelles qui utilisent des matières premières rares et difficiles à recycler comme le lithium. En effet, l'aluminium est l'un des éléments les plus courants dans la croûte terrestre, il est plus facile à recycler et il est également plus sûr et moins cher que le lithium. Cependant, le développement de telles batteries aluminium-ion en est encore à ses balbutiements, car il manque encore des matériaux d’électrode appropriés offrant une capacité de stockage suffisante. Une équipe de recherche dirigée par Gauthier Studer et dirigée par le Prof. Dr. Birgit Esser de l'Université d'Ulm et le Prof. Dr. Ingo Krossing ainsi que le Prof. Dr. Anna Fischer de l'Université de Fribourg a développé un matériau d'électrode positive composé d'un polymère organique rédox à base de phénothiazine. Dans l’expérience, les batteries en aluminium avec ce matériau d’électrode ont stocké une capacité jamais atteinte de 167 milliampères-heures par gramme (mAh/g). Le polymère rédox organique dépasse ainsi la capacité du graphite, qui était jusqu’à présent principalement utilisé comme matériau d’électrode dans les batteries. Les résultats ont été publiés dans la revue Energy & Environmental Science.

Le diagramme schématique de la batterie montre le processus redox dans lequel le matériau de l'électrode est oxydé et des anions aluminates sont déposés.

Birgit Esser (CC BY-NC 3.0 : https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/)

Le matériau de l'électrode est oxydé pendant la charge de la batterie, absorbant ainsi les anions aluminates complexes. De cette manière, le polymère organique rédox poly(3-vinyl-N-méthylphénothiazine) parvient à insérer deux anions [AlCl4]− de manière réversible pendant la charge. Les chercheurs ont utilisé le chlorure d’éthylméthylimidazolium liquide ionique comme électrolyte additionné de chlorure d’aluminium. « L'étude des batteries en aluminium est un domaine de recherche passionnant avec un grand potentiel pour les futurs systèmes de stockage d'énergie », déclare Gauthier Studer. « Notre objectif est de développer de nouveaux matériaux organiques rédox-actifs qui présentent des propriétés hautement performantes et réversibles. En étudiant les propriétés rédox de la poly (3-vinyl-N-méthylphénothiazine) dans un liquide ionique à base de chloroaluminate, nous avons réalisé une percée significative en démontrant pour la première fois un processus rédox réversible à deux électrons pour un matériau d'électrode à base de phénothiazine. »

La poly(3-vinyl-N-méthylphénothiazine) dépose les anions [AlCl4]− à des potentiels de 0,81 et 1,65 volts et fournit des capacités spécifiques allant jusqu'à 167 mAh/g. En revanche, la capacité de décharge du graphite utilisé comme matériau d’électrode dans les batteries en aluminium est de 120 mAh/g. Après 5 000 cycles de charge, la batterie présentée par l'équipe de recherche possède encore 88 % de sa capacité à 10 C, soit avec un taux de charge et de décharge de 6 minutes. À un taux C inférieur, c'est-à-dire un temps de charge et de décharge plus long, la batterie retrouve inchangée ses capacités d'origine.

"Avec sa tension de décharge élevée et sa capacité spécifique, ainsi que son excellente rétention de capacité à des taux C rapides, le matériau d'électrode représente une avancée majeure dans le développement de batteries rechargeables en aluminium et donc de solutions de stockage d'énergie avancées et abordables", déclare Birgit Esser. .

G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing et B. Esser, Energy Environ. Sci., 2023

Mise en réseau pour des performances optimales

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G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing et B. Esser, Energy Environ. Sci., 2023

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