Un nouveau matériau électrolytique constitue une avancée potentielle pour les batteries à base de calcium
Prospectif : Bien qu’il s’agisse d’un élément relativement rare, le lithium reste le matériau roi en matière de technologie de batteries rechargeables. Le calcium est 2 500 fois plus abondant que le lithium, mais il était jusqu’à présent difficile à utiliser dans des batteries pouvant fonctionner à température ambiante.
Une équipe de chercheurs chinois propose une nouvelle conception de batteries calcium-oxygène (Ca-O2) plus efficaces, une technologie qui pourrait un jour remplacer les batteries lithium-ion, apportant des améliorations significatives pour l’environnement. La technologie n’est pas encore là, mais la solution innovante conçue par l’équipe peut encore être améliorée grâce à de nouveaux efforts de recherche.
Les batteries calcium-oxygène peuvent théoriquement fournir une capacité énergétique élevée, indique l’étude publiée dans Nature, mais une batterie rechargeable Ca-O2 pouvant fonctionner à température ambiante n’a pas encore été réalisée. La chimie complexe qui se déroule entre les deux éléments n’est pas suffisamment stable et les chercheurs ont dû trouver un nouvel électrolyte pour favoriser un cycle de charge-décharge énergétique plus efficace.
L’équipe a créé un électrolyte à base de liquide qui pourrait fonctionner avec les deux éléments, accueillant à la fois une « anode métallique Ca hautement réductrice » et du dioxygène (O2). La nouvelle batterie repose sur un redox à deux électrons hautement réversible (une réaction chimique dans laquelle les états d’oxydation d’un réactif changent), expliquent les chercheurs, qui est capable de former du peroxyde de calcium (CaO2) chimiquement réactif comme produit de décharge.
Après avoir découvert une réaction chimique efficace à base de CaO2, l’équipe a tenté d’adapter la nouvelle conception de la batterie aux applications électroniques portables. La technologie est stable dans l’air même lorsqu’elle est pliée de 0 à 180 degrés et peut être transformée en fibres flexibles. En utilisant une machine à tresser commerciale, les chercheurs ont intégré leur technologie dans des textiles flexibles en batterie.
La nouvelle conception de batterie calcium-oxygène pourrait être utilisée pour les systèmes portables de nouvelle génération, affirme l’équipe chinoise, offrant une alternative plus durable aux conceptions à base de lithium. Les batteries au calcium devraient être moins chères et plus sûres que les batteries au lithium-ion, tout en offrant une capacité énergétique « comparable ».
Cependant, la batterie rechargeable calcium-oxygène est encore au stade de la validation de principe et, selon le chercheur en batteries Alexandre Ponrouch, il faudra peut-être plusieurs décennies avant qu’elle soit utilisée à grande échelle. Ces batteries ont toujours une faible efficacité énergétique, ce qui signifie qu’il faut beaucoup plus d’énergie pour les charger que ce qu’elles peuvent fournir à un appareil.
