Batterie zinc-ion

Cette batterie semble présenter plusieurs intérêts majeurs de soutenabilité :

• alors que le lithium est un métal relativement rare, polluant, source de tensions géopolitiques, une électrode négative en zinc présente l'avantage d'une capacité volumétrique théorique bien plus élevée et le zinc est naturellement abondant et mieux réparti dans le monde. Le coût de fabrication en série de ZIB devrait être bas, car le zinc métallique est très disponible sur la planète et, si son raffinage donne du cadmium toxique comme sous-produit, le zinc-métal a une bonne recyclabilité ;
• le zinc a une meilleure compatibilité avec les électrolytes aqueux que la plupart des autres métaux testés dans les batteries ;
• contrairement aux batteries lithium-ion, les batteries Zn-ion aqueuses ne sont que légèrement acides, fonctionnant dans une fourchette de pH comprise entre 4 et 5,5[9] - [10] - [11] ;
• leur sécurité intrinsèque est élevée ; comparé à celui d'autres types de batteries, leur risque est faible en matière de toxicité, pollution, incendies, etc., notamment en cas de rupture de l'enveloppe de la batterie, d'incendie ;
• leur puissance spécifique est élevée ;
• leur réversibilité est élevée.

Pour ces raisons, les ZIB semblent être d’excellentes candidates pour les applications de réseau électrique[9] - [12] - [13].

Inconvénients :

• moindre efficacité coulombienne (charge) que celle des LIB de pointe[2] ;
• surpotentiels plus importants pour le placage et le striping sur l'électrode négative[2] ;
• risque de défaillance dendritique[2] - [14].

Les électrolytes aqueux aussi bien que non aqueux sont étudiés comme candidats pour les ZIB, notamment des sels de zinc utilisant les anions TFSI ou triflate (pour les électrolytes aqueux et non aqueux), du sulfate de zinc et des électrolytes aqueux alcalins à base d'KOH[2] - [14]

Jusqu'à présent, plusieurs matériaux de cathode ont été explorés pour les ZIB, notamment le MnO₂ de types gamma et delta, l'hexacyanoferrate de cuivre, l'oxyde de bismuth, les sulfures en couches et les analogues du bleu de Prusse[2] - [15] - [16] - [17]. Par exemple, en 2017, les chercheurs ont signalé un prototype de batterie zinc-ion qui a une réversibilité, un taux et une capacité élevés sans formation de dendrites[18] ; ce dispositif utilisait une anode en zinc métallique, une cathode en oxyde de vanadium (Zn_0,25 V₂O₅⋅nH₂O) et un électrolyte aqueux, matériaux tous non toxiques ou peu toxiques (par rapport aux métaux ou métalloïdes habituellement utilisés dans les piles et batteries). Après 1 000 cycles, elle conservait 80 % de sa capacité. La cellule a atteint une capacité allant jusqu'à 300 mAh g⁻¹ et une densité d'énergie de ∼450 Wh l⁻¹.

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