La recherche sur les batteries polymère-air étudie des solutions avancées de stockage d’énergie

Les batteries polymère-air sont souvent confrontées à des défis liés à la stabilité, à la cinétique et à la conductivité. En réponse, le Dr Jodie Lutkenhaus a développé une méthode pour utiliser un polymère comme anode dans ces batteries.

Dans un article récent publié dans JouleLutkenhaus, chef associé du département d'engagement interne et professeur de génie chimique à la Texas A&M University, a collaboré avec le professeur de génie chimique Dr Abdoulaye Djire pour révéler comment ces polymères stockent et échangent des charges avec l'électrolyte.

“La cathode réagit avec l'oxygène de l'air pour compléter le circuit. Nous avons spécifiquement ciblé l'utilisation d'un polymère conjugué avec une structure de base rigide pour l'anode”, a déclaré Lutkenhaus.

Ces caractéristiques rendent le polymère à la fois conducteur et stable, permettant les réactions réversibles nécessaires aux charges et décharges répétées, a-t-elle déclaré.

Malgré les avantages des batteries aqueuses polymère-air, notamment une sécurité améliorée, un coût réduit, une conductivité ionique plus élevée et une durabilité accrue, leurs performances électrochimiques sont limitées, indique l'article.

“Pour surmonter ces limitations, les chercheurs ont exploré des anodes polymères alternatives, qui présentent plusieurs avantages par rapport aux anodes métalliques, notamment un faible coût, une facilité de fonctionnalisation et une stabilité élevée”, écrivent les chercheurs.

La structure en échelle rigide, la cinétique rapide et la conductivité électrique élevée de la batterie lui ont permis de subir 500 cycles avec une perte de performance minimale. De plus, l’article révèle le mécanisme de transfert de charge en temps réel, démontrant un processus rapide de compensation de charge des ions hydronium.

L'article note que les batteries métal-air ont une densité énergétique plus élevée que les batteries lithium-ion conventionnelles. Ceci est attribué à la cathode à oxygène, qui offre une capacité beaucoup plus élevée que les cathodes à oxyde métallique conventionnelles. Cependant, l’article met en évidence les limites de l’utilisation d’anodes métalliques dans les batteries à air en raison de la stabilité, du coût et de l’impact environnemental de l’extraction et du traitement des ressources métalliques.

Des problèmes tels que les dendrites, la passivation et la corrosion sur l’anode métallique entraînent une faible utilisation et une stabilité de cyclage inférieure dans les batteries métal-air. Malgré l’adoption de modifications d’interface et de formulation d’électrolytes, ces problèmes peuvent être graves en présence d’oxygène de l’air.

“La batterie polymère-air offre un moyen alternatif de stockage d'énergie par rapport à la batterie métal-air”, a déclaré Lutkenhaus. “La batterie polymère-air a une grande capacité de stockage d'énergie et une très longue durée de vie.”

Elle a expliqué qu'avoir une longue durée de vie signifie que les gens peuvent utiliser leurs batteries plus longtemps avant de devoir les recharger ou les remplacer.

“Les batteries à air sont prometteuses pour les batteries à haute énergie car elles ont une masse inférieure à celle des batteries conventionnelles”, a déclaré Lutkenhaus. “Cependant, le fonctionnement à long terme des batteries à air entraîne souvent la génération de dépôts de carbonate qui obstruent la batterie et empêchent un fonctionnement à long terme. En utilisant un polymère comme électrode, nous pourrions modifier l'électrolyte pour empêcher la formation de carbonates. “.