Accumulateur aluminium-ion
Lesaccumulateurs aluminium-ionsont un type d’accumulateursrechargeables dans lesquels des ionsaluminiumfournissent de l’énergie électrique en s’écoulant de l’anodenégative de l’accumulateur à son électrode positive, lacathode.Pendant la recharge, les ions aluminium retournent à l’anode.
Principe
[modifier|modifier le code]Comme tous les accumulateurs, la structure d’un accumulateur aluminium-ion comprend deux électrodes connectées par unélectrolyte,un matériau conducteur pour les porteurs de charge, ici les ions aluminium. La puissance d’un accumulateur dépend de facteurs tels que: son voltage intrin sắc que, sa capacité et sa composition chimique. On peut optimiser la capacité énergétique d’un accumulateur:
- en augmentant la différence de potentiel chimique entre les électrodes[1];
- en réduisant la masse des réactifs[1];
- en empêchant la dégradation de l’électrolyte par les réactions chimiques[1].
Recherches en cours
[modifier|modifier le code]De nombreuses équipes de recherche expérimentent l’aluminium pour tenter de produire des accumulateurs plus efficaces et de plus longue durée de vie.
Université Stanford
[modifier|modifier le code]Les chercheurs de l'université Stanford,en Californie, ont annoncé le développement d’un accumulateur aluminium-ion (Al-ion) ayant un temps de recharge d’environ une minute, sans préciser toutefois la capacité de l’accumulateur. Ils déclarent leur accumulateur ininflammable, montrant une vidéo dans laquelle un accumulateur est percé durant son fonctionnement[2].Cet accumulateur devrait être bon marché[3].La tension fournie par l'accumulateur est de deux volts environ.
Le prototype a été testé durant 7 500 cycles de charge-décharge sans perte de capacité[4],[5].
Laboratoire national d'Oak Ridge
[modifier|modifier le code]LeLaboratoire national d'Oak Ridge(ORNL), dans le Tennessee, a développé un accumulateur à hautedensité d'énergieproduisant 1 060Wh/kgcontre 406Wh/kgpour l’accumulateur lithium-ion[6].
L'ORNL a utilisé pour cela un électrolyte ionique au lieu d’un électrolyte en phase aqueuse qui peut en fonctionnement produire de l’hydrogène qui érode l’anode d’aluminium. Cet électrolyte est constitué de chlorure de 3-éthyl-1-méthylimidazolium avec un excès dechlorure d'aluminium[7]. Cependant, les électrolytes ioniques sont moins bons conducteurs, ce qui réduit la densité de puissance. En réduisant la distance entre anode et cathode, on peut compenser la perte de conductivité au prix d’un échauffement de l'accumulateur. L'ORNL a aussi développé une cathode d’oxyde de manganèsede structurespinellepour réduire la corrosion[8].
Université Cornell
[modifier|modifier le code]À l’université Cornell,une équipe a utilisé le même électrolyte que le Laboratoire d’Oak Ridge mais elle a utilisé desnanofilsd’oxyde de vanadiumà la cathode[9].L’oxyde de vanadium présente une structure ouverte à grandesurface spécifiquequi augmente la surface active d’aluminium et réduit la distance anode-cathode, augmentant ainsi l’énergie disponible. Le dispositif a produit une tension de sortie élevée mais une faible efficacité de Faraday (forte auto-décharge)[7].
Électrochimie
[modifier|modifier le code]Demi-réaction à l'anode:
Demi-réaction à la cathode:
La combinaison des deux demi-réactions donne:
Comparaison avec Li-ion
[modifier|modifier le code]L’accumulateur aluminium-ion est similaire à l’accumulateur lithium-ionoù on a remplacé le lithium par l’aluminium à l’anode. La tension théorique des accumulateurs à l’aluminium est plus faible que celle du lithium,2,65Vau lieu de4V,mais la densité d’énergie pour les accumulateurs à l’aluminium est de 1 060Wh/kgtandis qu’elle n’est que de 406Wh/kgpour le lithium[8].Cette importante différence de capacité énergétique est due à la trivalence des ions aluminium, les ions lithium sont monovalents. Par ailleurs, l’aluminium est plus abondant que le lithium, ce qui devrait conduire à une baisse de prix des accumulateurs[6].
Défis
[modifier|modifier le code]Les accumulateurs Al-ion ont une relativement courte durée de conservation. La combinaison de paramètres tels qu'échauffement, vitesse de charge et nombre de cycles peut très fortement diminuer la capacité énergétique de ces accumulateurs. Un accumulateur à ions métalliques complètement déchargé ne peut pas être rechargé. Les électrolytes ioniques sont chers. Comme tous les types d’accumulateur, leur capacité énergétique est bien plus faible que l'énergie chimique de l’essence, par exemple[10].
Références
[modifier|modifier le code]- M.Armandet J.-MTarascon,«Building better batteries», surnature,Nature(consulté le)
- Meng-ChangLin,MingGong,BinganLu,YingpengWu,Di-YanWang,MingyunGuan,MichaelAngell,ChangxinChen,JiangYang,Bing-JoeHwanget HongjieDai,«An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery»,Nature,(DOI10.1038/nature14340)
- «Ultra-fast charging aluminum battery offers safe alternative to conventional batteries», surPhys.org(consulté le)
- «Stanford Researchers Unveil New Ultrafast Charging Aluminum-Ion Battery»,scientificamerican
- Meng-Chang Linet al.,An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery,Nature,16 avril 2015
- M. ParansParanthamanet GilbertBrown,«Aluminium ION Battery», surweb.ornl.gov,Oak Ridge National Laboratory(consulté le)
- LelandTeschler,«Goodbye to lithium-ion batteries?», surmachinedesign,machine design,(consulté le)
- (en)«Aluminum-Ion Battery to Transform 21stCentury Energy Storage»[PDF],surweb.ornl.gov,Oak Ridge National Laboratory(consulté le)
- N.Jayaprakash,S. K.Daset L. A.Archer,«The rechargeable aluminum-ion battery», surpubs.rsc.org,rsc,(consulté le)
- JohnHewitt,«DoE calls for a chemical battery with 5x capacity, within 5 years – can it be done?», surextremetech /,Extreme Tech(consulté le)
- (en)Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé«Aluminium-ion battery»(voir la liste des auteurs).
