Batterie radicalaire organique
Une batterie radicalaire organique (en anglais organic radical battery, ORB) est un type de batterie développé à partir des années 1980[1]. Les ORB sont potentiellement plus respectueuses de l'environnement que les batteries classiques à base de métal, car ils utilisent des molécules ou polymÚres organiques (composés majoritairement de carbone, hydrogÚne, oxygÚne et azote) pour fournir de l'énergie électrique au lieu des métaux[2]. Des prototypes fonctionnels de batteries ont été étudiés et développés par différents groupes de recherche et sociétés, dont la société japonaise NEC. Cependant, le développement de ce type de batterie reste encore au stade de recherche et aucun dispositif n'est commercialisé à grande échelle[1].
La caractĂ©ristique des batteries radicalaires organiques est l'utilisation de radicaux stables, permettant donc d'utiliser uniquement des Ă©lectrons en tant que porteurs de charge, au lieu d'ions dans les batteries plus classiques. Par exemple, le radical nitroxyle du TEMPO, la sous-unitĂ© la plus couramment utilisĂ©e dans les ORB, est un radical molĂ©culaire stable centrĂ© sur l'oxygĂšne. Ici, le radical est stabilisĂ© par dĂ©localisation des Ă©lectrons de l'azote vers l'oxygĂšne. Les radicaux TEMPO peuvent ĂȘtre attachĂ©s aux squelettes polymĂšres pour former par exemple du poly(mĂ©thacrylate de 2,2,6,6-tĂ©tramĂ©thylpipĂ©ridĂ©nyloxy-4-yle) (PTMA). Les ORB Ă base de PTMA ont une densitĂ© de charge lĂ©gĂšrement supĂ©rieure Ă celle des batteries Li-ion conventionnelles, ce qui devrait thĂ©oriquement permettre Ă une ORB de fournir plus de charge qu'une batterie Li-ion de taille et de poids similaires[3].
La recherche sur les batteries radicalaires contribue également à la recherche sur les batteries à base de métaux, car les composés développés pour les ORB sont aussi envisagés ou utilisés pour remplacer une partie des composants des accumulateurs classiques[4].
Applications
Les batteries Ă base de polymĂšres radicalaires Ă bases de nitroxyles possĂšdent thĂ©oriquement une densitĂ© de charge similaire Ă celle des batteries Lithium-ion (147 mA h gâ1 contre 140 mA h gâ1 pour (Dioxyde de cobalt et de lithium) ) et pourraient donc les remplacer.
Les premiĂšres applications envisagĂ©es par NEC, en 2005, Ă©taient des dispositifs de batterie de secours tels qu'une alimentation d'ordinateur en cas de coupure d'Ă©lectricitĂ©[5]. Les batteries Ă base de polymĂšres pourraient ĂȘtre utilisĂ©es dans des objets trĂšs fins et flexibles, permettant par exemple l'alimentation de cartes Ă puces ou de l'Ă©lectronique flexible, mais la capacitĂ© rĂ©elle des prototypes reste sensiblement faible[3].
Avantages
Les batteries radicalaires organiques sont potentiellement beaucoup plus respectueuses de l'environnement que les batteries Li-ion car les ORB ne contiennent pas de mĂ©taux comme le Lithium ou le Cobalt dont l'impact de l'extraction peut ĂȘtre important. Les ORB sont non toxiques et ininflammables[2] - [6].
Un autre avantage des batteries radicalaires est la vitesse des réactions d'oxydo-réduction qui se produisent lors d'une charge ou d'une décharge. Cela permet d'effectuer une charge de la batterie beaucoup plus rapide que les technologies actuelles, en délivrant des puissances élevées[2].
L'utilisation de polymÚres permet également d'envisager des méthodes de fabrication facilitées, comme l'impression, pour générer des films fins[3].
Inconvénients
Bien que considérées théoriquement comme environnementalement plus performantes, les actuels différents composants élaborés pour de telles batteries sont tous issus de ressources fossiles[4].
Les polymÚres radicalaires étant intrinsÚquement peu conducteurs, une grande quantité d'additifs est nécessaire, jusqu'à 50% massique, ce qui limite donc les capacités massiques[7].
Voir aussi
Références
- (en) Simon Muench, Andreas Wild, Christian Friebe et Bernhard HĂ€upler, « Polymer-Based Organic Batteries », Chemical Reviews, vol. 116, no 16,â , p. 9438â9484 (ISSN 0009-2665 et 1520-6890, DOI 10.1021/acs.chemrev.6b00070, lire en ligne, consultĂ© le )
- « Révolutionner les batteries grùce aux polymÚres », sur UCLouvain.be, (consulté le )
- (en) Tobias Janoschka, Martin D. Hager et Ulrich S. Schubert, « Powering up the Future: Radical Polymers for Battery Applications », Advanced Materials, vol. 24, no 48,â , p. 6397â6409 (DOI 10.1002/adma.201203119, lire en ligne, consultĂ© le )
- (en) Philippe Poizot, JoĂ«l Gaubicher, StĂ©ven Renault et Lionel Dubois, « Opportunities and Challenges for Organic Electrodes in Electrochemical Energy Storage », Chemical Reviews,â , acs.chemrev.9b00482 (ISSN 0009-2665 et 1520-6890, DOI 10.1021/acs.chemrev.9b00482, lire en ligne, consultĂ© le )
- (en) Masaharu Satoh, « Organic Radical Battery and Its Technology », NEC Journal of Advanced Technology,â , p. 262-263 (lire en ligne)
- (en) Hiroyuki Nishide, Kenichiroh Koshika et Kenichi Oyaizu, « Environmentally benign batteries based on organic radical polymers », Pure and Applied Chemistry, vol. 81, no 11,â , p. 1961â1970 (ISSN 1365-3075 et 0033-4545, DOI 10.1351/PAC-CON-08-12-03, lire en ligne, consultĂ© le )
- (en) Philippe Poizot et Franck Dolhem, « Clean energy new deal for a sustainable world: from non-CO2 generating energy sources to greener electrochemical storage devices », Energy & Environmental Science, vol. 4, no 6,â , p. 2003 (ISSN 1754-5692 et 1754-5706, DOI 10.1039/c0ee00731e, lire en ligne, consultĂ© le )