Une nouvelle approche pour des batteries rechargeables haute énergie au calcium

Si on veut obtenir des batteries au calcium (Ca) rechargeables à température ambiante, la solution pourrait venir d'un nouvel électrolyte. Des chercheurs financés par l'UE expliquent comment procéder.

Il semble que le Ca ne soit pas seulement bon pour nos os, mais aussi pour la planète. Selon les scientifiques, il pourrait s'agir d'un élément clé dans leurs efforts visant à répondre à la demande croissante en énergie dans le monde tout en réduisant les émissions. Comment ? Grâce à son rôle potentiellement prometteur dans le développement de technologies de stockage d'énergie efficaces et rentables.


Les marchés des véhicules électriques et du stockage d'électricité sur le réseau sont en forte croissance, ce qui accroît le besoin de disposer de batteries rechargeables fiables et économes en énergie. Toutefois, les batteries lithium-ion (LIB) rechargeables actuelles ne sont peut-être pas aussi sûres, rentables et durables que nous le souhaiterions. Les scientifiques sont donc à la recherche d'alternatives prometteuses, l'une d'entre elles étant un système de batterie basé sur un métal multivalent comme le Ca. La solution haute énergie et bon marché que nous recherchons pourrait venir des batteries au Ca, mais leur développement est entravé par le manque d'électrolytes pratiques nécessaires pour obtenir un dépôt efficace du Ca. Des chercheurs soutenus par le projet E-MAGIC, financé par l'UE, ont fait une découverte qui pourrait permettre de surmonter cet obstacle.

Dans leur article publié dans le journal "Energy & Environmental Science", les scientifiques ont présenté un nouvel électrolyte à base de borate – le tétrakis(hexafluoroisopropyloxy)borate de calcium ou Ca[B(hfip)4]2 – qui présente, à température ambiante, un dépôt réversible de Ca ainsi qu'une stabilité oxydative et ionique élevée. Leur découverte pourrait ouvrir la voie à des batteries haute énergie au Ca, rechargeables à température ambiante.

Des batteries au Ca prometteuses

L'article traite de la faisabilité de créer une nouvelle classe d'électrolytes de Ca basés sur des composés calciques avec des anions faiblement coordinants. Selon les auteurs, "le procédé de synthèse simple servant à la formulation de nouveaux sels de Ca par incorporation de divers anions alkoxyborates fluorés sera un outil utile pour optimiser davantage les propriétés de l'électrolyte. Les électrolytes de Ca[B(hfip)4]2 présentent des propriétés électrochimiques de pointe en termes de stabilité élevée à l'oxydation, de conductivité ionique élevée et de bonne capacité de cyclage du Ca réversible à long terme."

Le développement de technologies de batteries à base de métaux multivalents tels que le Ca pourrait constituer une solution prometteuse pour améliorer les densités d'énergie tout en réduisant les coûts. Les ions multivalents pourraient doubler ou tripler la capacité de la batterie par rapport aux LIB monovalentes ou aux batteries sodium-ion. De plus, contrairement au lithium ou au sodium, les anodes métalliques multivalentes sont susceptibles d'augmenter considérablement les densités d'énergie des batteries.

Les propriétés susnommées ne sont pas la seule raison pour laquelle les batteries au Ca peuvent être considérées comme une alternative attrayante pour succéder aux technologies LIB. La croissance rapide du marché des batteries soulève de plus en plus d'inquiétudes à propos de la disponibilité à moyen et long terme de certaines matières premières – cobalt, nickel et lithium – utilisées dans les LIB commerciales. Le Ca, en revanche, est le cinquième élément le plus abondant dans la croûte terrestre. En outre, sa répartition géographique est homogène et il n'est ni dangereux ni toxique.

Parallèlement au Ca, les scientifiques s'intéressent également au magnésium (Mg), un autre métal multivalent prometteur pour le développement de meilleures batteries rechargeables. Ce métal est au cœur du projet E-MAGIC (European Magnesium Interactive Battery Community), qui vise à développer une approche innovante pour des batteries rechargeables au Mg de nouvelle génération à haute densité énergétique et respectueuses de l'environnement. Ce projet cherche également à établir une communauté solide consacrée aux batteries à base de Mg, qui entretiendra des relations scientifiques actives avec le reste du monde.

Pour plus d'informations, veuillez consulter:
site web du projet E-MAGIC