Dans un monde en quête de solutions énergétiques durables, il devient crucial de disposer de batteries puissantes, économiques et écologiques pour stocker l'énergie produite par le soleil ou le vent. Aujourd'hui, les batteries lithium-ion sont largement utilisées, mais leur coût élevé et leur inflammabilité posent problème. C'est alors que les chercheurs se tournent vers une alternative prometteuse: les batteries à base de zinc.
Les batteries au zinc sont considérées comme des alternatives prometteuses aux batteries lithium-ion pour le stockage d'électricité de masse.
Crédit: ETH Zurich / Xin Zou
Le zinc présente de nombreux avantages: il est abondant, bon marché et bénéficie d'une infrastructure de recyclage mature. De plus, les batteries au zinc peuvent stocker une grande quantité d'électricité. Leur atout majeur est qu'elles n'ont pas besoin de solvants organiques inflammables, contrairement aux batteries lithium-ion. Cependant, des défis techniques subsistent.
Lorsque les batteries au zinc sont chargées à haute tension, l'eau contenue dans le fluide électrolytique réagit et forme de l'hydrogène. Cette réaction engendre une diminution de la performance et une pression excessive pouvant être dangereuse. De plus, des dépôts de zinc appelés dendrites peuvent se former et provoquer des courts-circuits.
Pour pallier ces problèmes, les ingénieurs ont enrichi l'électrolyte aqueux avec des sels, mais cela rend le fluide visqueux et ralentit les processus de charge et de décharge. Par ailleurs, de nombreux sels contiennent du fluor, ce qui les rend toxiques et nocifs pour l'environnement.
C'est alors qu'une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'ETH Zurich a mis au point une nouvelle approche pour les batteries à base de zinc. Les scientifiques ont découvert que la concentration idéale en sel pour ces batteries n'est pas la plus élevée possible, mais relativement faible: cinq à dix molécules d'eau par ion de sel positif.
Les chercheurs ont également utilisé des sels d'acide acétique écologiques appelés acétates. Cette approche a permis de minimiser l'épuisement de l'électrolyte et de prévenir la formation de dendrites, tout en accélérant la charge et la décharge des batteries.
Des tests ont été effectués à petite échelle en laboratoire, et l'étape suivante consistera à développer cette technologie pour des batteries de grande taille. Les batteries au zinc pourraient un jour servir à stocker l'énergie dans les réseaux électriques ou les maisons individuelles. Toutefois, des défis subsistent pour optimiser les matériaux de cathode et créer des batteries au zinc durables et efficaces.