Mikhail Vagin, ingénieur de recherche principal et Penghui Ding, doctorante, dans le laboratoire de l’université de Linköping

En tant que solution de stockage des énergies renouvelables, les scientifiques voient un grand potentiel dans ce que l’on appelle les batteries à flux redox, qui retiennent l’énergie dans de grands réservoirs plutôt que dans des matériaux d’électrode compacts. Un nouveau concept de l’université suédoise de Linköping est une version résolument verte de cette technologie, qui remplace les métaux rares et les polymères synthétiques par des matériaux entièrement naturels.

La raison pour laquelle les batteries redox flow sont une alternative si prometteuse aux batteries lithium-ion en ce qui concerne la nature intermittente de l’énergie renouvelable est qu’elles peuvent stocker de grandes quantités d’énergie à un coût relativement faible. Alors que les batteries lithium-ion stockent l’énergie dans leurs électrodes et que leur capacité est donc limitée par la taille de l’appareil, les batteries redox flow peuvent stocker l’énergie dans des électrolytes liquides logés dans d’énormes réservoirs externes pendant des mois.

Cependant, l’utilisation d’un métal rare et coûteux, le vanadium, n’aide pas à améliorer les performances écologiques des batteries redox flow. Ce métal est à la base de la solution d’électrolyte et offre une grande fiabilité lors de la charge et de la décharge, mais certains chercheurs voient une alternative plus écologique dans les électrolytes à base d’eau, notamment l’équipe à l’origine de la plus grande batterie redox flow du monde en Allemagne.

Les électrodes des batteries redox flow, qui sont généralement fabriquées à partir d’un polymère synthétique appelé polyacrylonitrile carbonisé, sont un autre domaine où des améliorations sont possibles. Nous avons vu des approches inventives pour produire ces composants de manière plus durable, notamment une étude du MIT qui vise à les fabriquer à partir d’ingrédients contenus dans des coquilles de crevettes, mais maintenant l’équipe de l’université de Linköping propose une autre solution tout en résolvant le problème de l’électrolyte, produisant ce qu’elle considère comme la première batterie redox flow entièrement organique.

La batterie redox flow de l’équipe est dotée d’électrodes fabriquées à partir de PEDOT, un polymère organique et conducteur que nous avons également vu utilisé dans la conception de batteries lithium-ion avancées, et même de « briques intelligentes » qui stockent l’énergie. Les ingénieurs ont dopé leur polymère PEDOT pour lui permettre de transporter les ions positifs et négatifs de la batterie, et fonctionnent bien avec un électrolyte à base d’eau chargé de molécules de quinone, qui se trouvent naturellement dans les matériaux forestiers.

Un modèle de la première batterie organique à flux redox

« Les quinones peuvent être dérivées du bois, mais ici nous avons utilisé la même molécule, ainsi que différentes variantes du polymère conducteur PEDOT », explique l’auteur de l’étude, Viktor Gueskine. « Il s’avère qu’ils sont hautement compatibles entre eux, ce qui est comme un cadeau du monde naturel ».

L’équipe a découvert que les électrodes du PEDOT et les électrolytes à base de quinone travaillaient ensemble pour favoriser le flux de protons et d’électrons dans la batterie, bien que la conception n’offre pas autant de densité énergétique que les versions contenant du vanadium. D’un autre côté, ils affirment que leur appareil est très bon marché, entièrement recyclable et parfaitement sûr, ce qui ouvre la possibilité d’installer une telle batterie dans les maisons pour servir de banque d’énergie aux véhicules électriques.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202007009

https://liu.se/en/news-item/de-har-tagit-fram-det-forsta-organiska-batteriet-