Thomas Scherer

Matériaux inédits pour construire des batteries en aluminium

11 mai 2018, 14:26
L’aluminium... Un métal léger, peu coûteux et abondant.
L’aluminium... Un métal léger, peu coûteux et abondant.
Les scientifiques suisses de l’ETH (École polytechnique fédérale de Zurich) et de l’Empa (Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) ont identifié deux matériaux importants, appropriés pour la conception de batteries en aluminium. Le premier, le nitrure de titane, résiste à la corrosion qui s'en prend aux éléments conducteurs de la batterie. Le deuxième est le polypyrène, nouveau matériau destiné à l'électrode positive de la batterie.

Nitrure de titane
Contrairement au lithium, l'aluminium est le métal le plus abondant dans la croûte terrestre. Il est facile à extraire, et, par conséquent, peu coûteux. Malheureusement, l’électrolyte nécessaire pour fabriquer une batterie en aluminium est extrêmement corrosif et attaque l'acier inoxydable, l'or et le platine. Des recherches ont été menées pour identifier les matériaux possédant les propriétés requises et la capacité à supporter un contact prolongé avec l'électrolyte. Les résultats obtenus très récemment mettent en avant le nitrure de titane (TiN), matière céramique extrêmement dure, souvent utilisée comme finition sur les alliages de titane, l'acier, les carbures et l'aluminium pour améliorer les propriétés de surface du substrat. Le titane et l'azote sont très disponibles et le nitrure de titane est facile à produire.

Il est très simple de fabriquer une couche mince en nitrure de titane, très efficace comme revêtement sur d'autres matières comme les films de polymères. Le nitrure de titane peut également être très performant pour la construction de batteries au magnésium ou au sodium, voire même les modèles lithium-ion.

Polypyrène
Le polypyrène est le deuxième matériau important identifié pour fabriquer les électrodes positives des nouveaux modèles de batteries en aluminium. L'électrode négative est faite d'aluminium et l’électrode positive est souvent constituée de graphite. Le polypyrène est un polymère d'hydrocarbures polycycliques et rivalise avec le graphite pour ses propriétés de stockage d'énergie. Au cours des essais effectués, des échantillons de polypyrène ont permis d'obtenir de bons résultats. L’espace de ses chaînes moléculaires permet en effet aux ions relativement massifs de l'électrolyte de pénétrer facilement dans le matériau constituant l'électrode.
L'un des avantages d'une électrode en polypyrène tient à sa capacité à contrôler la porosité du matériau, un facteur optimisable pour des applications spécifiques.

Il est possible d'appliquer le nitrure de titane à des matériaux de base tels que les matières plastiques pour apporter de la flexibilité. L'utilisation de batteries à grande capacité comme tampon de stockage d'énergie pour les générateurs intermittents d'énergie renouvelable devient une application de plus en plus cruciale, stimulant ainsi la recherche pour mettre au point des batteries extrêmement performantes et peu coûteuses.

 
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