La conception innovante de la batterie offre une densité énergétique et une durabilité élevées

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Dennis YC Leung du département de génie mécanique de l’Université de Hong Kong (HKU) a réalisé une percée majeure dans la technologie des batteries avec le développement d’un ion magnésium quasi-solide haute performance (Mg -ion) batterie. Cette conception innovante offre une alternative durable, sûre et à haute densité énergétique aux batteries lithium-ion conventionnelles, répondant aux limites de la rareté des matériaux et aux problèmes de sécurité.

Récemment publié dans Avancées scientifiques Sous le titre « Batteries magnésium-ion de nouvelle génération : l’approche quasi-solide du stockage multivalent des ions métalliques », la nouvelle batterie Mg-ion a le potentiel de révolutionner l’industrie. “Il s’agit d’un développement révolutionnaire”, a déclaré le professeur Leung.

Ces dernières années, les batteries Mg-ion sont apparues comme une solution potentielle compte tenu des limites des batteries lithium-ion. Cependant, le chemin menant au développement de batteries Mg-ion efficaces a été semé d’embûches, notamment la nécessité de surmonter la fenêtre électrochimique étroite des systèmes aqueux ou à base d’eau, et la faible conductivité ionique des systèmes non aqueux.

Pour surmonter ces obstacles, l’équipe du professeur Leung a développé une batterie eau-dans-sel Mg-ion avec une tension de fonctionnement supérieure à 2 V. Pourtant, elle est toujours à la traîne par rapport à ses homologues non aqueuses en raison de la dominance du stockage des protons sur les ions Mg dans la cathode. .

“Les ions hydrogène, ou protons, sont plus petits et plus légers que les ions métalliques. En raison de leur taille, les protons peuvent facilement pénétrer dans la structure cathodique de la batterie. Cependant, cela crée un problème car les protons et les ions Mg se disputent l’espace, ce qui limite considérablement combien d’énergie la batterie peut stocker et combien de temps elle peut durer”, a déclaré Sarah Leong, titulaire d’un doctorat. étudiant dans l’équipe du professeur Leung et premier auteur de l’étude.

Les efforts inlassables de l’équipe ont finalement porté leurs fruits, avec l’introduction de la batterie magnésium-ion quasi-solide (QSMB), une conception de batterie innovante qui utilise un électrolyte amélioré par un polymère pour contrôler la compétition entre les protons et les ions métalliques. .

QSMB bénéficie d’un plateau de tension impressionnant à 2,4 V et d’une densité énergétique de 264 W·h·kg^-1dépassant les performances des batteries Mg-ion actuelles et correspondant presque aux performances des batteries Li-ion.

Le professeur Leung a déclaré : « Notre batterie magnésium-ion quasi-solide combine le meilleur des deux mondes, offrant la haute tension des systèmes non aqueux et la sécurité et la rentabilité des systèmes aqueux. développement de batteries magnésium-ion hautes performances.

Pour mettre le QSMB à l’épreuve ultime, l’équipe de recherche a effectué des tests de cyclisme approfondis, avec des résultats étonnants. Même dans des conditions extrêmes de températures inférieures à zéro (–22°C), le QSMB a conservé 90 % de sa capacité après 900 cycles. La batterie est également ininflammable et résistante à une pression supérieure à 40 pression atmosphérique. Ce niveau de durabilité et de performances fait du QSMB un candidat prometteur pour l’électronique grand public, même dans les climats plus froids.

Le Dr Wending Pan, professeur adjoint de recherche dans l’équipe du professeur Leung, estime que la technologie QSMB a le potentiel de remodeler le paysage du stockage d’énergie et d’alimenter notre monde de manière durable.

Il a déclaré : « La stratégie avancée de développement d’électrolytes présentée dans notre recherche présente un potentiel au-delà des batteries magnésium-ion, s’étendant à d’autres batteries métal-ion multivalentes, telles que les batteries zinc-ion et aluminium-ion. Nous pensons que cette étude ouvrira la voie à la prochaine génération de solutions de stockage d’énergie qui sont non seulement efficaces mais également respectueuses de l’environnement.