3 600 heures d’autonomie : cette batterie au zinc redéfinit les limites grâce à un catalyseur bi-atomique révolutionnaire

Les avancées technologiques dans le domaine du stockage d’énergie continuent de captiver l’attention des chercheurs et des industriels. Parmi ces innovations, les batteries au zinc-air (ZAB) se démarquent comme une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion traditionnelles. Ces systèmes, qui exploitent l’oxygène de l’air pour produire de l’électricité en réaction avec le zinc, promettent d’être plus légers et potentiellement plus économiques. Cependant, jusqu’à récemment, leur efficacité était limitée par la lenteur de la réaction de réduction de l’oxygène (ORR). Une nouvelle percée réalisée par une équipe de l’Université de Tohoku pourrait bien révolutionner ce domaine.

Une avancée grâce au catalyseur à double atome

Dirigée par l’assistant professeur Di Zhang de l’Institut de recherche avancée sur les matériaux (WPI-AIMR), l’équipe a mis au point un catalyseur à double atome innovant. Ce catalyseur, qui associe des atomes de fer (Fe) et de cobalt (Co), est intégré dans une structure poreuse à base de carbone et d’azote, baptisée Fe₁Co₁-N-C. Grâce à la modélisation informatique, les chercheurs ont optimisé les propriétés de ce catalyseur pour les conditions alcalines des batteries. Le procédé de fabrication a abouti à une structure poreuse efficace pour le transport des réactifs, surpassant ainsi le catalyseur de platine conventionnel, Pt/C. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour renforcer la performance des batteries au zinc-air.

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Dépasser le platine

Le catalyseur Fe₁Co₁-N-C a démontré une activité ORR nettement supérieure à celle du platine. Lors des tests en laboratoire, les batteries au zinc-air utilisant ce nouveau catalyseur ont atteint une tension en circuit ouvert de 1,51 volts, témoignant d’un potentiel énergétique prometteur. Elles ont également affiché une densité énergétique de 1 079 watt-heures par kilogramme de zinc (Wh kgZn⁻¹), dépassant largement les performances des systèmes similaires. Ces batteries ont maintenu une excellente capacité de décharge, même sous des courants élevés allant de 2 à 600 milliamps par centimètre carré. La longévité impressionnante de plus de 3 600 heures et 7 200 cycles à des niveaux de courant modérés est un atout majeur par rapport aux batteries actuelles.

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Promesse tangible et perspectives de recherche

Le succès de ce catalyseur à double atome révèle une voie prometteuse vers des ZABs plus économiques, durables et efficaces. L’utilisation de fer et de cobalt, des matériaux plus accessibles que le platine, pourrait également rendre la production à grande échelle plus rentable. Zhang et son équipe envisagent d’affiner la précision des associations atomiques dans les futurs catalyseurs et de développer des techniques avancées pour identifier les sites actifs spécifiques qui stimulent l’ORR. En repoussant les limites de l’ingénierie des catalyseurs à double atome, les chercheurs espèrent améliorer encore les technologies de conversion d’énergie pour alimenter les véhicules électriques et les systèmes d’énergie renouvelable du futur.

Un tournant pour le stockage d’énergie

Cette étude, publiée dans le journal Energy & Environmental Science, marque un tournant potentiel pour le stockage d’énergie. La combinaison de modèles théoriques et de méthodes de synthèse pratique a permis de créer un catalyseur capable d’améliorer considérablement la performance des batteries au zinc-air. Cette avancée pourrait transformer la manière dont nous abordons le stockage d’énergie, ouvrant la voie à des applications concrètes dans le monde réel. Alors que le besoin de solutions de stockage d’énergie plus efficaces et moins coûteuses devient de plus en plus pressant, l’innovation de l’équipe de Tohoku University offre une lueur d’espoir pour l’avenir.

Alors que les technologies de stockage d’énergie évoluent rapidement, comment ces avancées pourraient-elles transformer notre quotidien et répondre aux défis énergétiques mondiaux? Quels seront les prochains développements majeurs dans ce domaine en pleine effervescence?

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