Le bois comme ingrédient de piles rechargeables

Le bois comme ingrédient de piles rechargeables

Le bois comme ingrédient de piles rechargeables 300 229 Sébastien BAGES

Une batterie conçue à partir de bois ne semble pas vraiment être une innovation high-tech à bondir… Cela sonnerait plus à l’oreille des gens comme quelques repas pris au feu de bois devant la tente. Mais un appareil qui exploite de la fibre de bois pourrait être la clé d’une énergie stockable peu onéreuse et écologique.


Les piles classiques rechargeables au lithium sont trop chères à utiliser à une large échelle en raison d’une faible disponibilité de ce minéral. Mais le sodium est abondant et peu coûteux, donc pourquoi ne pas concevoir des batteries basées sur l’électrolyte du sodium ?

Le problème est que les ions de sodium sont plusieurs fois plus grands que ceux au lithium, et ils endommagent progressivement l’anode de la batterie lorsqu’ils se diffusent pendant le chargement et le déchargement. Un autre problème est que l’utilisation d’une anode d’étain dans de telles batteries offrirait une capacité de stockage d’énergie plus élevée, mais cela conduit à la formation d’un alliage sodium-étain qui fait gonfler la batterie, accélérant ce qui est connu comme ‘pulvérisation structurelle’. Il en résulte une batterie sodium-ion avec une anode d’étain ne pouvant être chargée et déchargée qu’environ 20 fois.

Pour contourner ce problème, Hongli Zhu et ses collègues de l’Université du Maryland à College Park se sont tournés vers un matériau naturel, qu’ils savaient pourrait plus facilement transporter de grands ions: de douces et poreuses fibres de bois.

Ces fibres comprennent des cellules allongées creuses appelées trachéides, qui ont des parois faites d’une matière résistante appelée lignine et qui transportent l’eau et des sels minéraux à travers l’arbre.

 

Étain sur bois

En déposant une couche de 50 nanomètres d’épaisseur d’étain sur 2500 nanomètres d’épaisseur de fibres de bois, les chercheurs ont réussi à créer une anode pouvant être chargée et déchargée 400 fois.

La nature relativement molle des fibres de bois libère efficacement des contraintes mécaniques qui pulvérisent une anode d’étain ordinaire. L’équipe a ainsi décrit que cela entraînait « des performances inégalées pour une batterie sodium-ions anode-étain ». Et parce que la fibre de bois est facile à traiter, il devrait être possible de l’utiliser dans la fabrication de piles à faible coût.


L’équipe veut maintenant concevoir des piles et batteries plus volumineuses dans l’objectif d’être utilisées par des applications de stockage écologiques.

Bingan Chen, chercheur spécialisé dans les matériaux de batteries novatrices à l’Université de Cambridge, au Royaume-Uni, est impressionné. « L’utilisation de la fibre de bois comme substrat pour abaisser le coût des batteries sodium-ion est très ingénieux, brillant idée », s’est-il exclamé. « Mais leur défi sera de travailler sur la façon d’élargir et intensifier le processus de fabrication pour les rendre commercialement viables ».

Cette étude a été publiée dans le journal Nano Letters, avec pour référence DOI: 10.1021/nl400998t

 

Addendum: Imprimée… et être chargée

La révolution de l’impression 3D a atteint le monde des batteries. Les équipes de l’Institut Wyss de l’Université Harvard et l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont conjointement développé une technique pour imprimer des piles rechargeables de la taille d’un grain de riz, pour une utilisation dans de petits implants médicaux et des drones de la dimension d’insecte.

Leur idée était d’imprimer en 3d deux éléments en forme de peigne qui pourrait être rattachés afin de créer une pile d’anodes et de cathodes. Les cartouches des imprimantes contiennent de l’oxyde métallique de lithium qui ont ensuite été déposées sur les dents du peigne créant ainsi des électrodes. Enfin, l’ensemble a été rempli par un électrolyte.


Citations de New Scientist
Crédit image : De l’arbre à la batterie – © Dr Jeremy Burgess / Science Photo Library

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Sébastien BAGES
About the author

Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

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