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2 Sep, 2022

Une pile au zinc fabriquée à partir de carapaces de crabe se dégrade et se recycle en toute sécurité

Une pile au zinc fabriquée à partir de carapaces de crabe se dégrade et se recycle en toute sécurité

Les scientifiques ont trouvé du chitosan dans les carapaces de crabe et de crevette pour fabriquer une batterie plus respectueuse de l’environnement.

Les batteries massives au lithium peuvent avoir un rôle à jouer dans le stockage de l’énergie renouvelable à l’échelle du réseau, comme nous le voyons avec la batterie géante de Tesla en Australie du Sud. Mais elles peuvent aussi être très coûteuses à installer et présenter un risque d’incendie, comme c’est le cas de la batterie géante de Tesla en Australie-Méridionale. Les batteries à base de zinc sont l’une des nombreuses alternatives plus rentables et potentiellement plus sûres, et une nouvelle avancée montre comment les carapaces de crabe pourraient les rendre beaucoup plus durables.

La demande de stockage de l’énergie ne peut que croître à mesure que nous nous appuyons sur les énergies renouvelables et les véhicules électriques pour le transport. Si les batteries lithium-ion, largement utilisées aujourd’hui, nous sont utiles, d’autres architectures sont plus prometteuses à long terme. L’extraction du lithium est coûteuse et s’accompagne de coûts environnementaux, et les batteries qui l’utilisent ne se prêtent pas très bien aux processus de recyclage.

« De grandes quantités de batteries sont produites et consommées, ce qui soulève la possibilité de problèmes environnementaux », a déclaré l’auteur principal Liangbing Hu, directeur du Center for Materials Innovation de l’université du Maryland. « Par exemple, les séparateurs en polypropylène et en polycarbonate, qui sont largement utilisés dans les batteries lithium-ion, mettent des centaines ou des milliers d’années à se dégrader et alourdissent la charge environnementale. »

Les scientifiques explorent de nombreuses alternatives possibles à l’architecture lithium-ion qui a fait ses preuves, et les batteries à base de zinc sont une option qui pourrait être plus sûre, plus rentable et plus respectueuse de l’environnement. Nous avons vu des scientifiques faire la démonstration de versions de ces batteries offrant une densité de puissance élevée et pouvant être produites à un coût aussi bas que celui d’une batterie au plomb, par exemple.

« Le zinc est plus abondant dans la croûte terrestre que le lithium », précise Liangbing Hu. « De manière générale, les batteries au zinc bien développées sont moins chères et plus sûres ».

Un obstacle majeur dans ce domaine est toutefois la courte durée de vie des piles à base de zinc, et les scientifiques ont mis l’accent sur le développement de versions qui peuvent être rechargées de manière fiable. Cela peut impliquer des modifications chimiques qui empêchent les dommages causés par l’eau, ou de nouveaux électrocatalyseurs qui aident à maintenir leur efficacité lors de cycles répétés. Hu et son équipe ont proposé une autre solution qui pourrait résoudre le problème de la recharge, tout en rendant les dispositifs beaucoup plus durables.

Une pile au zinc fait voyager des ions entre une anode et une cathode en zinc dans une solution d’électrolyte au cours de son cycle. Les solutions d’électrolyte conventionnelles des piles au lithium contiennent des produits chimiques inflammables et corrosifs, mais les auteurs de cette nouvelle étude ont mis au point un électrolyte en gel à utiliser avec une anode de zinc, fabriqué à partir d’un matériau naturel appelé chitosan.

« Le chitosan est un produit dérivé de la chitine », souligne Liangbin  Hu. « La chitine a de nombreuses sources, notamment les parois cellulaires des champignons, les exosquelettes des crustacés et les plumes des calmars. La source la plus abondante de chitosan est l’exosquelette des crustacés, notamment les crabes, les crevettes et les homards, que l’on peut facilement obtenir à partir des déchets de fruits de mer. Vous pouvez en trouver sur votre table ».

Lors de leurs tests, l’équipe a montré qu’une batterie au zinc utilisant leur nouvel électrolyte avait des performances impressionnantes. Elle a empêché la formation d’excroissances ressemblant à des tentacules qui peuvent nuire aux performances de la batterie et a fait preuve d’une « stabilité de cycle exceptionnelle », en maintenant une efficacité de 99,7 % sur 1 000 cycles lorsqu’elle fonctionne à une densité de courant élevée de 50 mAh par cm carré.

Grâce à sa conception écologique, environ deux tiers de la batterie peuvent être décomposés par des microbes, tandis que l’électrolyte de chitosan peut être complètement décomposé en cinq mois. Le zinc restant peut ensuite être recyclé.

« À l’avenir, j’espère que tous les composants des batteries seront biodégradables », conclut Liangbin  Hu.

https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00414-3?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2590238522004143%3Fshowall%3Dtrue#relatedArticles

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/09/220901135827.htm