Des chercheurs testent un nouveau titane

Les scientifiques du Forschungszentrum Jülich ont développé et testé en laboratoire avec succès une nouvelle batterie titane/order_t/'>titane-air en coopération avec des chercheurs du Technion - Institut israélien de technologie à Haïfa. C'est la première fois que sont publiés les résultats expérimentaux d'une telle batterie dans laquelle le titane est utilisé comme matériau actif. Le métal est intéressant 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.

Batterie titane-air

Centre de recherche Jülich / Ralf-Uwe Limbach

Croquis de la batterie titane-air

Centre de recherche Jülich / Marcel Kaltenberg

Le titane est connu comme un matériau passif et stable. Les chercheurs ont réussi à utiliser son potentiel électrochimique pour le stockage de l'énergie électrique en appliquant un liquide ionique appelé 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.

Les piles titane-air ont théoriquement deux à trois fois la densité d'énergie des piles zinc-air, qui sont 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, une tension de cellule moyenne allant jusqu'à 1,2 volts et des courants de décharge relativement élevés allant jusqu'à 0,75 mA cm-2 ont pu être mesurés.

Dans les batteries métal-air, le métal contenu réagit avec l'oxygène de l'air pour libérer de l'énergie électrique. Ce type de batterie occupe ainsi une place particulière parmi les batteries, puisque l'un des deux partenaires de réaction, l'oxygène, est obtenu à partir de l'air ambiant via une électrode spéciale et n'a pas à être conservé dans la batterie. Par conséquent, des densités d'énergie nettement plus élevées peuvent être réalisées avec ces systèmes qu'avec les types de batterie courants, du moins en théorie.

Pour cette raison, les batteries métal-air sont particulièrement adaptées aux applications où une taille compacte est importante. Un autre domaine d'application potentiel concerne les systèmes de stockage fixes à grande échelle qui utilisent des matériaux peu coûteux, courants et non toxiques. Par exemple, 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 titane est le neuvième matériau le plus fréquent dans la croûte terrestre, de sorte que les ressources disponibles sont en conséquence abondantes.

Les matériaux d'anode pour les batteries métal-air, le zinc, l'aluminium, le fer et le silicium pour les batteries silicium-air sont au cœur de la recherche. Le titane, en revanche, n'a guère été considéré comme un matériau actif et les résultats expérimentaux ne sont pas encore disponibles.

Le développement du nouveau concept de batterie a été réalisé en étroite collaboration avec le Dr Yasin Emre Durmus de l'Institut de recherche sur l'énergie et le climat de Jülich (IEK-9) dirigé par le professeur Rüdiger-A. Eichel et le professeur Yair Ein-Eli du Technion, qui a passé un congé sabbatique de sept mois à IEK-9 dans le cadre de la coopération parapluie entre le Forschungszentrum Jülich, le Technion et l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle.

Yasin Emre Durmus, Marcel Kaltenberg, Krzysztof Dzieciol, Maximilian Schalenbach, Danny Gelman, Boris Shvartsev, Hermann Tempel, Hans Kungl, Rüdiger-A. Gland, Yair Ein-Eli ; Briser le mur de passivité des métaux : batterie Ti-air non aqueuse Exempli gratia : Chemical Engineering Journal, Volume 461, 2023

La nouvelle technologie de batterie a le potentiel de réduire considérablement les coûts de stockage d'énergie

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