Des chercheurs testent avec succès un nouveau titane

Les batteries métal-air sont une ligne de développement importante en tant que dispositifs de stockage d'énergie prometteurs, de l'électronique basse consommation aux applications à grande échelle. Ces batteries promettent de fournir des densités d'énergie théoriques très élevées, le respect de l'environnement, la rentabilité et la sécurité.

Parmi les divers candidats anodes possibles pour les batteries métal-air, principalement le zinc, l'aluminium, le fer et le silicium ont fait l'objet de recherches. En revanche, le titane n'a guère été considéré comme un matériau actif et les résultats expérimentaux ne sont pas encore disponibles.

Aujourd'hui, des chercheurs du Forschungszentrum Jülich ont développé et testé avec succès en laboratoire une nouvelle batterie titane-air (batterie Ti-air). La batterie est développée en coopération avec des chercheurs du Technion – Institut israélien de technologie à Haïfa.

Les batteries métal-air sont particulièrement adaptées aux applications où la taille compacte est importante et dans les systèmes de stockage stationnaires à grande échelle qui utilisent des matériaux peu coûteux, courants et non toxiques. Le titane, bien que connu comme un matériau coûteux, est beaucoup moins cher que le lithium en termes de coûts de matériaux mais est plus cher que l'aluminium. Le métal est le neuvième matériau le plus fréquent dans la croûte terrestre, de sorte que les ressources disponibles sont en conséquence abondantes.

De plus, le titane présente un intérêt en tant que matériau de stockage d'électricité car chaque atome peut donner jusqu'à quatre électrons pour le transfert de charge tout en étant relativement léger et extrêmement résistant.

Dans une nouvelle batterie Ti-air primaire non aqueuse, les chercheurs ont réussi à utiliser son potentiel électrochimique pour le stockage de l'énergie électrique en appliquant un liquide ionique à température ambiante d'oligofluorohydrogénate de 1-éthyl-3-méthylimidazolium (EMIm(HF)2.3F). Les liquides ioniques sont constitués de sels avec un point de fusion atypique et très bas, qui sont utilisés dans une variété d'applications en raison de leurs propriétés électriques et matérielles particulières.

Théoriquement, les piles titane-air ont deux à trois fois la densité d'énergie des piles zinc-air utilisées aujourd'hui comme piles bouton standard dans les aides auditives, les modules de contrôle et les capteurs. La tension théoriquement réalisable de la batterie titane-air se situe dans une plage similaire à celle des batteries zinc-air. Dans des expériences, la batterie Ti-air a pu fonctionner avec succès sous des courants de décharge relativement élevés allant jusqu'à 0,75 mA cm-2 avec une tension de cellule moyenne allant jusqu'à 1,2 volts, donnant jusqu'à une capacité de décharge de 66 mAh cm-2.

Les chercheurs disent que lorsque son plein potentiel est exploité, une telle batterie métallique détient un potentiel unique pour être le seul métal avec 4 électrons transférés lors de sa décharge.

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