Dans le monde en évolution rapide de la recherche sur les batteries, les scientifiques sont constamment à la recherche de matériaux innovants dotés des bonnes propriétés pour aider à améliorer le stockage de l’énergie. Pendant ce temps, les batteries sont plus demandées que jamais alors que la production de véhicules électriques et les projets d’énergie renouvelable atteignent de nouveaux sommets.
Dans la recherche de nouveaux et meilleurs matériaux de batterie, les scientifiques ont trouvé un héros inattendu : les carapaces de crabe. Des chercheurs de l’Université du Maryland ont découvert une percée remarquable en explorant leur utilisation dans la production de batteries.
Langouste
La recherche de matériaux avancés de stockage d’énergie a été une force motrice derrière de nombreux efforts de recherche dans le monde entier. Les batteries lithium-ion traditionnelles sont devenues dominantes dans de nombreux domaines. Ils alimentent la grande majorité de nos appareils électroniques personnels, ainsi que les véhicules électriques et les grands projets de stockage en réseau. Bien qu’efficaces, ils sont confrontés à des limitations en termes de coût, de disponibilité de ressources limitées et de problèmes de sécurité. En conséquence, les scientifiques ont exploré des technologies de batterie alternatives qui offrent des performances, une longévité et une évolutivité améliorées.
L’une de ces alternatives qui gagne du terrain est celle des batteries zinc-ion, qui se sont révélées prometteuses en raison de leur faible coût et de l’abondance de matières premières. Ils ont des performances comparables à certains égards, mais ont une puissance de sortie inférieure, ce qui les rend adaptés aux rôles de stockage moins exigeants. Jusqu’à présent, leur caractère pratique a été entravé par une durée de vie limitée, ce qui entrave leur viabilité. Cependant, l’utilisation innovante de matériaux issus de carapaces de crabe pourrait changer tout cela.
Le matériau en question est le chitosane, une substance que l’on trouve en abondance dans les carapaces de crabe et de homard. Les scientifiques pensent qu’il pourrait être utilisé comme ingrédient clé dans les batteries zinc-ion. Il s’agit d’une approche non conventionnelle qui met en valeur la polyvalence des ressources naturelles et pourrait avoir le potentiel de révolutionner le paysage du stockage de l’énergie.
Les chercheurs de l’Université du Maryland ont cherché à exploiter les propriétés du chitosane, un glucide que l’on trouve en abondance dans les squelettes externes durs des coquillages, pour des applications de stockage d’énergie. En incorporant du chitosane dans la membrane de gel des batteries zinc-ion, ils ont obtenu des résultats sans précédent, selon le document de recherche. Les batteries ont montré une durée de vie impressionnante d’un an lors des tests de cycle, conservant 70 % de leur capacité initiale, une amélioration étonnante par rapport à la technologie de batterie zinc-ion existante.
Habituellement, les batteries zinc-ion souffrent de dendrites métalliques de zinc, qui désactivent la batterie après un nombre relativement faible de cycles. Ceci est largement dû aux électrolytes aqueux généralement utilisés, qui permettent au zinc de former des pointes dendritiques en raison du dépôt inhomogène du métal sur l’anode au fil du temps.
Lorsque le chitosane est utilisé dans le cadre de l’électrolyte de la batterie, il apporte plusieurs avantages à la table. Il offre une forte conductivité et une bonne résistance mécanique, et améliore massivement la stabilité du cycle des batteries zinc-ion. Il y parvient en modifiant la manière dont le zinc est déposé sur la surface de l’anode. Lors de l’utilisation de l’électrolyte à base de chitosane, le zinc forme des plaquettes hexagonales qui s’assoient parfaitement en parallèle sur l’anode, au lieu de former de grandes dendrites qui percent le séparateur de batterie. Autre avantage, l’électrolyte de chitosane est capable d’atteindre cet objectif sans compromettre indûment la conductivité de la batterie. Lors des tests, les batteries se sont avérées toujours stables après plus de 400 cycles à un taux de décharge de 2C, tout en démontrant également la capacité de charger jusqu’à 20C.
De plus, l’inclusion de chitosane atténue les problèmes de sécurité souvent associés aux batteries lithium-ion. L’utilisation de cet électrolyte ininflammable réduit les risques d’explosion et d’incendie, ouvrant la voie à des solutions de stockage d’énergie plus sûres et plus durables. Un autre avantage est que les batteries zinc-ion pourraient être fabriquées de manière durable et biodégradable en utilisant un électrolyte à base de chitosane.
La gloire des sous-produits
Historiquement, les carapaces de crabe sont rejetées du processus de production de chair de crabe et ont trouvé une utilité limitée dans des applications telles que les engrais et les aliments pour animaux. Cependant, l’émergence des batteries à base de chitosane présente une opportunité passionnante de transformer ces coques en une ressource précieuse pour le stockage des énergies renouvelables. La production de masse de chitosane pourrait encore devenir une activité secondaire sérieuse pour les grands acteurs de l’industrie des produits de la mer.
Cependant, alors que la recherche a attiré une attention considérable, plusieurs défis demeurent sur la voie de la commercialisation. Le processus de raffinage et d’intensification de la production de batteries à base de chitosane nécessite un développement, des investissements et une collaboration supplémentaires avec des partenaires de l’industrie.
L’alliance inattendue entre la recherche sur les batteries et les carapaces de crabe illustre le remarquable potentiel des matériaux naturels. En exploitant le chitosane des carapaces de crabe jetées, les scientifiques ont réalisé des percées dans le stockage de l’énergie qui pourraient transformer le paysage des énergies renouvelables. Alors que le monde continue de rechercher de nouvelles solutions de batteries, l’humble crabe pourrait être notre dernier allié dans ce domaine.
