La teinture bleue des jeans pourrait rendre les batteries plus vertes
Si le développement durable est souvent associé à la couleur verte, l’avenir des énergies propres pourrait également s’écrire en bleu. En effet, les véhicules électriques et les systèmes de stockage d’énergie pourraient bientôt voir leurs capacités renforcées par un pigment familier présent dans le denim.
Une équipe de recherche de l’Université Concordia a découvert que l’indigo, un colorant naturel utilisé depuis des siècles pour teindre les tissus, pourrait contribuer à façonner l’avenir des batteries sûres et durables. Dans une étude parue dans la revue Nature Communications, l’équipe révèle que cette substance d’usage courant favorise simultanément deux réactions essentielles à l’intérieur d’une batterie tout solide. Cette caractéristique permet à la batterie de stocker davantage d’énergie, de fonctionner de manière fiable et d’offrir un bon rendement, même par temps froid.
« Nous avons été ravis de constater qu’une molécule naturelle pouvait guider la chimie de la batterie au lieu de la perturber », commente Xia Li, auteure principale de l’étude et professeure agrégée au Département de génie chimique et des matériaux. « L’indigo aide la batterie à fonctionner de manière très stable et prévisible, ce qui est important si nous souhaitons que des matériaux plus écologiques jouent un rôle dans les systèmes énergétiques de l’avenir. »
De gauche à droite : Xia Li et Qihang Yu.
Une réaction soigneusement contrôlée
Dans les batteries tout solide, la circulation des ions de lithium est assurée par des matières solides plutôt que liquides. Les batteries de ce type sont plus sûres et offrent un plus grand potentiel de stockage d’énergie, mais elles posent un défi de longue date : il serait plus écologique et abordable d’y utiliser des substances organiques, mais celles-ci ne se mélangent généralement pas bien avec les matières solides contenues dans ces batteries. Lorsque l’interaction est trop importante, la batterie devient instable. C’est pourquoi la recherche s’efforce de trouver des moyens d’empêcher cette réaction.
Or, l’étude montre que, lorsqu’elle est soigneusement contrôlée, la réaction entre l’indigo et l’électrolyte peut améliorer le rendement de la batterie.
L’équipe a découvert que l’indigo stocke et libère du lithium tout en activant doucement l’électrolyte solide afin qu’il puisse aussi stocker de l’énergie. Cette coopération entre la teinture et l’électrolyte augmente la capacité globale bien au-delà de ce que chacune de ces matières pourrait offrir seule.
Elle permet également à la batterie de fonctionner correctement à température ambiante et même à -10 °C.
Des améliorations sont nécessaires pour une application pratique
Il est extrêmement rare de voir des batteries tout solide recourant à des substances organiques présenter une telle capacité et une telle stabilité cyclique dans des conditions froides.
« Nous avons obtenu l’une des meilleures performances jamais observées pour ce type de batterie », déclare Qihang Yu (Ph. D.), première auteure de l’article. « Nos résultats semblent donc indiquer que des molécules naturelles telles que l’indigo peuvent contribuer à surmonter les défis de compatibilité de longue date et favoriser le développement de technologies de batteries plus accessibles et durables. »
La PreLi ajoute que la prochaine phase des travaux sera axée sur la mise en application de cette technologie dans le monde réel. L’objectif est d’affiner les réactions à l’intérieur de la batterie afin qu’elle demeure stable tout en stockant des quantités d’énergie beaucoup plus importantes dans un espace réduit. Une telle avancée permettrait de rapprocher considérablement les batteries tout solide à base de composés organiques de leurs applications pratiques.
