Des chercheurs testent avec succès un nouveau titane

Les batteries métal-air constituent une voie de développement importante en tant que dispositifs de stockage d’énergie prometteurs, depuis l’électronique de faible consommation jusqu’aux applications à grande échelle. Ces batteries promettent de fournir des densités d’énergie théoriques très élevées, un respect de l’environnement, une rentabilité et une sécurité.

Parmi les divers candidats possibles aux anodes pour les batteries métal-air, ce sont principalement le zinc, l'aluminium, le fer et le silicium qui ont fait l'objet de recherches. En revanche, le titane n’est guère 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 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 compacité est importante et aux 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 coût des matériaux, mais il est plus cher que l'aluminium. Le métal est le neuvième matériau le plus présent dans la croûte terrestre, les ressources disponibles sont donc abondantes.

De plus, le titane 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.

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 de nombreuses applications en raison de leurs propriétés électriques et matérielles particulières.

Théoriquement, les piles titane-air ont une densité énergétique deux à trois fois supérieure à celle des piles zinc-air utilisées aujourd'hui comme piles bouton standard dans les aides auditives, les modules de commande et les capteurs. La tension théoriquement réalisable de la batterie titane-air se situe dans une plage similaire à celle des batteries zinc-air. Lors d'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, ce qui donne une capacité de décharge de 66 mAh cm−2.

Les chercheurs affirment que lorsque tout son potentiel est exploité, une telle batterie métallique possède un potentiel unique : elle est le seul métal à avoir 4 électrons transférés lors de sa décharge.

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