Une anode de potassium révolutionnaire promet de changer le futur des batteries.
Des chercheurs ont trouvé ce qui pourrait bien à termes assurer l’avenir de l’automobile : une anode en potassium sans dendrites, promettant une ère nouvelle et plus sûre pour les batteries métalliques de potassium (en anglais Potassium Metal Batteries ou PMB), désormais capables de rivaliser avec les batteries au lithium-ion.
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Les batteries au potassium corrigent leur principal défaut
Les batteries au potassium, bien que moins chères et plus abondantes que leurs homologues au lithium, faisaient face à des défis majeurs tels que la croissance incontrôlée de dendrites. Cette avancée, réalisée par des chercheurs de l’Université Northeastern et leurs collaborateurs, pourrait bien éliminer ces obstacles, grâce à leur nouvelle approche pour stabiliser l’interface de l’anode et empêcher la formation de dendrites.
Le problème des dendrites dans les batteries au potassium
Un des obstacles majeurs à l’adoption généralisée des batteries au potassium a été la croissance incontrôlée de dendrites. Ces structures cristallines, qui se forment lors du dépôt de potassium durant les cycles de recharge, peuvent entraîner de sérieux problèmes de performance et de sécurité. En effet, les dendrites peuvent croître au point de traverser l’électrolyte séparant les anodes et cathodes, causant des courts-circuits internes. Ces courts-circuits non seulement réduisent l’efficacité de la batterie en diminuant sa capacité de charge, mais posent également un risque significatif de surchauffe ou même d’incendie. Cette instabilité interfère avec la viabilité à long terme des batteries au potassium, limitant leur utilisation dans des applications où la sécurité et la fiabilité sont cruciales. La création d’une anode sans dendrites, telle que celle développée dans les recherches récentes, représente donc une avancée majeure, ouvrant la voie à des batteries plus sûres et plus durables.
Méthodologie novatrice
Le groupe de recherche a mis au point une couche hybride interface KF/Zn sur l’anode en métal de potassium en utilisant une technique de pré-humidification réactive. Cette méthode a permis d’améliorer la dynamique de transport des ions et des électrons, résultant en une performance électrochimique accrue et une stabilité prolongée pendant plus de 2000 heures de cycles.
Capacités améliorées
L’interface hybride crée par les chercheurs utilise le fluorure de potassium (KF) comme barrière robuste au tunnelage des électrons qui limite la croissance des dendrites, tandis que les nanocristaux de zinc (Zn) améliorent la conductivité électrique et le transport des ions. Ce dualisme assure non seulement une meilleure performance, mais stabilise également l’anode pour un flux ionique et électronique sans interruption, essentiel pour la longévité des batteries.
Implications pour le stockage d’énergie à grande échelle
Avec une capacité réversible élevée de 61.6 mAh/g à 5 C sur plus de 3000 cycles, l’anode KF/Zn marque un pas significatif vers des batteries au métal de potassium plus sûres et performantes, aptes pour les applications de stockage d’énergie à grande échelle.
Sécurité et performances accrues
Le Dr. Wen-Bin Luo, le chercheur principal, souligne que cette invention représente une solution simple mais efficace aux problèmes persistants de croissance des dendrites. Non seulement cette découverte améliore la performance des batteries, mais elle améliore également considérablement leur sécurité, rendant les PMBs beaucoup plus viables pour une large gamme d’applications de stockage d’énergie.
Vers une révolution dans le stockage d’énergie renouvelable ?
L’arrivée de cette anode sans dendrites ouvre de nouvelles perspectives pour des PMBs plus sûrs et plus fiables, qui pourraient être essentiels pour les systèmes de stockage d’énergie à grande échelle. On rappelle que de son côté, le seul “vrai” problème que l’on pourrait reprocher au lithium est qu’il s’agit d’un métal relativement rare sur Terre et que, vue la croissance exponentielle de l’usage des batteries notamment dans l’automobile électrique, sa consommation pourrait être multipliée par 60 d’ici 2060 ! Le potassium, élément très commun sur terre pourrait ainsi s’avérer une véritable bouée de sauvetage d’ici quelques années pour une industrie sous pression.
Cet article explore le développement d’une anode en potassium sans dendrites par des chercheurs de l’Université Northeastern, qui pourrait grandement améliorer la sécurité et la performance des batteries au métal de potassium. Cette avancée permet une meilleure gestion du transport des ions et des électrons, améliorant ainsi la stabilité et l’efficacité des batteries. Avec des implications significatives pour le stockage d’énergie à grande échelle, cette innovation pourrait transformer le futur des technologies de stockage d’énergie renouvelable.
Source : Science Direct
Visuel réalisé à l’aide de Canva à des fins de représentation.
