La découverte d’une batterie verte transforme les déchets en trésor
par Win Reynolds pour Northwestern Information
Evanston IL (SPX) 10 janvier 2025
Les batteries utilisées dans nos téléphones, appareils et même voitures dépendent de métaux comme le lithium et le cobalt, issus d’une exploitation minière intensive et invasive. Alors que de plus en plus de produits commencent à dépendre de systèmes de stockage d’énergie basés sur des batteries, il sera essentiel d’abandonner les options à base de métal pour faciliter la transition énergétique verte.
Aujourd’hui, une équipe de l’Université Northwestern a transformé un déchet industriel organique en un agent de stockage efficace pour des options énergétiques durables qui pourront un jour être appliquées à des échelles beaucoup plus grandes. C’est la première fois qu’une molécule de déchet – en particulier l’oxyde de triphénylphosphine (TPPO) – est utilisée pour alimenter une batterie à flux redox.
« La recherche sur les batteries a toujours été dominée par les ingénieurs et les scientifiques des matériaux », a déclaré Christian Malapit, chimiste et auteur principal de Northwestern. « Les chimistes de synthèse peuvent contribuer à ce domaine en transformant par ingénierie moléculaire un déchet organique en une molécule de stockage d’énergie. Notre découverte met en valeur le potentiel de transformation des déchets en ressources précieuses, offrant ainsi une voie sturdy pour l’innovation dans la technologie des batteries. »
Malapit est professeur adjoint au département de chimie du Weinberg School of Arts and Sciences de Northwestern.
Que sont les batteries à flux redox ?
Contrairement aux batteries au lithium et à d’autres batteries à semi-conducteurs qui stockent l’énergie dans des électrodes, les batteries à flux redox utilisent une réaction chimique pour pomper l’énergie entre les électrolytes, où leur énergie est stockée. Bien qu’elles ne soient pas aussi efficaces en matière de stockage d’énergie, les batteries à flux redox sont considérées comme de bien meilleures options pour le stockage d’énergie à l’échelle du réseau. Ne représentant actuellement qu’une petite partie du marché des batteries, le marché des batteries redox move devrait croître de 15 % entre 2023 et 2030 pour atteindre une valeur de 700 tens of millions d’euros dans le monde.
L’électricité à partir d’un déchet commun
Des milliers de tonnes de TPPO sont produites chaque année par de nombreux procédés de synthèse industrielle organique – dont la manufacturing de certaines vitamines, entre autres – mais elles sont rendues inutiles et doivent être soigneusement jetées après leur manufacturing.
Selon la nouvelle recherche, publiée dans le Journal of the American Chemical Society, une réaction « one-pot » permet aux chimistes de transformer le TPPO en un produit utilisable doté d’un puissant potentiel de stockage d’énergie.
« Non seulement une molécule organique peut être utilisée, mais elle peut également atteindre une densité énergétique élevée – se rapprochant de ses concurrents à base de métal – ainsi qu’une grande stabilité », a déclaré Emily Mahoney, titulaire d’un doctorat. candidat au laboratoire Malapit et premier auteur de l’article. « Ces deux paramètres sont traditionnellement difficiles à optimiser ensemble. Il est donc particulièrement passionnant de pouvoir le démontrer pour une molécule dérivée de déchets. »
Pour atteindre à la fois la densité énergétique et la stabilité, l’équipe devait identifier une stratégie permettant aux électrons de se regrouper étroitement dans la answer sans perdre de capacité de stockage au fil du temps. Ils ont regardé vers le passé et ont trouvé un article de 1968 décrivant l’électrochimie des oxydes de phosphine et, selon Mahoney, « ont couru avec ».
Ensuite, pour évaluer la résilience de la molécule en tant qu’agent potentiel de stockage d’énergie, l’équipe a effectué des exams utilisant des expériences de cost et de décharge électrochimiques statiques similaires au processus de cost d’une batterie, en utilisant la batterie, puis en la chargeant à nouveau, encore et encore. Après 350 cycles, la batterie a conservé une santé remarquable, perdant une capacité négligeable au fil du temps.
Quelle est la prochaine étape
« Il s’agit du premier exemple d’utilisation d’oxydes de phosphine – un groupe fonctionnel en chimie organique – comme composant rédox-actif dans la recherche sur les batteries », a déclaré Malapit. « Traditionnellement, les oxydes de phosphine réduits sont très instables. Notre approche d’ingénierie moléculaire aborde cette instabilité, ouvrant la voie à leur software dans le stockage d’énergie. »
En attendant, le groupe espère que d’autres chercheurs prendront le relais et commenceront à travailler avec TPPO pour optimiser et améliorer davantage son potentiel.
Rapport de recherche :Anolyte dérivé de l’oxyde de triphénylphosphine pour software dans une batterie à flux redox non aqueuxCliquez pour copier le lien de l’article
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