Une nouvelle électrode sèche pour les batteries aqueuses offre des cathodes avec plus du double des performances des batteries d'iode et de lithium-ion

Les chercheurs de l'Université d'Adélaïde ont développé une nouvelle technique d'électrode sèche pour les batteries zinc-iodine qui évite le mélange humide traditionnel d'iode.

Researchers at the University of Adelaide have developed a new dry electrode for aqueous batteries which delivers cathodes with more than double the performance of iodine and lithium-ion batteries.

Les chercheurs de l'Université d'Adélaïde ont développé une nouvelle électrode sèche pour les batteries aqueuses qui livre des cathodes avec plus du double des performances des batteries d'iode et de lithium-ion.

The team, led by Professor Shizhang Qiao, Chair of Nanotechnology, and Director, Centre for Materials in Energy and Catalysis, at the School of Chemical Engineering, has published their results in the journal Joule.

L'équipe, dirigée par le professeur Shizhang Qiao, présidente de la nanotechnologie, et directrice du Center for Materials in Energy and Catalysis, à l'École de génie chimique, a publié leurs résultats dans la revue Joule.

Aqueous zinc–iodine batteries offer unparalleled safety, sustainability, and cost advantages for grid-scale storage, but they suffer from performance issues compared to lithium-ion batteries.

Les batteries aqueuses de zinc-iode offrent des avantages de sécurité, de durabilité et de coûts sans précédent pour le stockage à l'échelle du réseau, mais ils souffrent de problèmes de performance par rapport aux batteries au lithium-ion.

The researchers devised a simple yet effective strategy to achieve high-energy, long-life zinc–iodine batteries. They mixed active materials as dry powders and rolled them into thick, self-supporting electrodes.

Les chercheurs ont conçu une stratégie simple mais efficace pour réaliser des batteries à grande énergie et à longue durée de zinc-iode. Ils ont mélangé des matériaux actifs sous forme de poudres sèches et les ont lancées en électrodes épaisses et autonomes.

At the same time, they added a small amount of a simple chemical, called 1,3,5-trioxane, to the electrolyte, which turns into a flexible protective film on the zinc surface during charging. This film keeps zinc from forming sharp dendrites that can short the battery.

Dans le même temps, ils ont ajouté une petite quantité d'un simple produit chimique, appelé 1,3,5-trioxane, à l'électrolyte, qui se transforme en un film de protection flexible sur la surface du zinc pendant la charge. Ce film empêche le zinc de former des dendrites nettes qui peuvent court-circuiter la batterie.

The new technique for electrode preparation resulted in record-high loading of 100 mg of active material per cm2. After charging the pouch cells that use the new electrodes, they retained 88.6 per cent of their capacity after 750 cycles and coin cells kept nearly 99.8 per cent capacity after 500 cycles.

La nouvelle technique de préparation d'électrodes a entraîné une charge record de 100 mg de matériau actif par cm2. Après avoir chargé les cellules de la poche qui utilisent les nouvelles électrodes, ils ont conservé 88,6% de leur capacité après 750 cycles et des cellules de pièces de monnaie ont conservé près de 99,8% après 500 cycles.

The researchers directly observed how the protective film forms on the zinc by using synchrotron infrared measurements.

Les chercheurs ont directement observé comment le film protecteur se forme sur le zinc en utilisant des mesures infrarouges synchrotron.

This work paves the way for the development of next-generation metal–halogen batteries with superior performance and energy density.

Ce travail ouvre la voie au développement de batteries métal-héogènes de nouvelle génération avec des performances supérieures et une densité d'énergie.

“We have developed a new electrode technique for zinc–iodine batteries that avoids traditional wet mixing of iodine,” said Professor Qiao.

«Nous avons développé une nouvelle technique d'électrode pour les batteries zinc-iodine qui évite le mélange humide traditionnel de l'iode», a déclaré le professeur Qiao.

“We mixed active materials as dry powders and rolled them into thick, self-supporting electrodes.

«Nous avons mélangé des matériaux actifs sous forme de poudres sèches et les avons lancées en électrodes épaisses et autonomes.

“At the same time, we added a small amount of a simple chemical, called 1,3,5-trioxane, to the electrolyte, which turns into a flexible protective film on the zinc surface during charging.

«En même temps, nous avons ajouté une petite quantité d'un simple produit chimique, appelé 1,3,5-trioxane, à l'électrolyte, qui se transforme en un film de protection flexible sur la surface du zinc pendant la charge.

“This film keeps zinc from forming sharp dendrites – needle-like structures that can form on the surface of the zinc anode during charging and discharging – that can short the battery.”

"Ce film empêche le zinc de former des dendrites nettes - des structures de type aiguille qui peuvent se former à la surface de l'anode de zinc pendant la charge et la décharge - qui peuvent court-circuiter la batterie."

There are several advantages of the team’s invention over existing battery technology:

Il existe plusieurs avantages de l'invention de l'équipe sur la technologie de batterie existante:

* The new technology will benefit energy storage providers – especially for renewable integration and grid balancing – who will gain lower-cost, safer, long-lasting batteries.

* La nouvelle technologie profitera aux fournisseurs de stockage d'énergie - en particulier pour l'intégration renouvelable et l'équilibrage des grilles - qui gagnera des batteries plus sûres, plus sûres et de longue durée.

* Industries needing large, stable energy banks, for example, utilities and microgrids, could adopt this technology sooner.

* Les industries ayant besoin de grandes banques d'énergie stables, par exemple, les services publics et les micro-réseaux, pourraient adopter cette technologie plus tôt.

The team has plans to develop the technology further to expand its capabilities.

L'équipe prévoit de développer davantage la technologie pour étendre ses capacités.

“Production of the electrodes could be scaled up by using to reel-to-reel manufacturing,” said Professor Qiao.

«La production des électrodes pourrait être étendue en utilisant la fabrication de rouleaux à bilan», a déclaré le professeur Qiao.

“By optimising lighter current collectors and reducing excess electrolyte, the overall system energy density could be doubled from around 45 watt-hours per kilogram (Wh kg−1) to around 90 Wh kg−1.

«En optimisant les collecteurs de courant plus léger et en réduisant l'excès d'électrolyte, la densité d'énergie globale du système pourrait être doublée d'environ 45 wattheures par kilogramme (WH KG - 1) à environ 90 WH Kg - 1.

“We will also test the performance of other halogen chemistries such as bromine systems, using the same dry-process approach.”

«Nous allons également tester les performances d'autres chimies halogènes telles que les systèmes de brome, en utilisant la même approche à sec.»

The researchers hope that their invention will lead to the development of even better and more efficient batteries in the future.

Les chercheurs espèrent que leur invention conduira au développement de batteries encore meilleures et plus efficaces à l'avenir.