Batterie aluminium ion

Batteries encore au stade de prototypes, les batteries aluminium-ion sont une classe de batteries rechargeables dans laquelle les ions d'aluminium fournissent l'énergie en se déplaçant de l'électrode négative, la cathode, vers l'électrode positive, l'anode. Lors de la recharge, les ions aluminium reviennent à l'anode et peuvent échanger trois électrons redox par cation.

Les batteries rechargeables à base d'aluminium allient faibles coûts de production, faible inflammabilité, ainsi que des propriétés d'oxydoréduction à trois électrons permettant une capacité élevée. L'inertie de l'aluminium et sa facilité de manipulation dans un environnement ambiant devraient offrir des améliorations de sécurité significatives pour ce type de batterie.

Comprendre la conception des batteries aluminium ion

Comme toutes les autres batteries, la structure de base des batteries à ions aluminium comprend deux électrodes reliées par un électrolyte, un matériau conducteur ionique servant de support pour l'écoulement des porteurs de charge. Contrairement aux batteries lithium-ion, où l'ion mobile est Li+, l'aluminium forme un complexe avec le chlore dans la plupart des électrolytes et génère un support de charge anionique mobile.

Laboratoire Oak Ridge : Prototype à haute densité d'énergie

Vers 2010, le Laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) a développé et breveté un dispositif à haute densité d'énergie, produisant 1060 Wh/kg contre 406 Wh/kg pour les batteries lithium-ion. Les chercheurs ont utilisé un électrolyte ionique, au lieu d’un électrolyte aqueux typique qui peut produire de l'hydrogène gazeux pendant le fonctionnement et corroder l'anode en aluminium. L'électrolyte était constitué de chlorure de 3-éthyl-1-méthylimidazolium et de trichlorure d'aluminium. L'ORNL a conçu une cathode composée d'oxyde de manganèse, un composé qui réduit davantage la corrosion.

Batterie aluminium-ion de l'université de Stanford

En avril 2015, des chercheurs de l'université de Stanford ont affirmé avoir développé une batterie aluminium-ion avec un temps de recharge d'environ une minute. Ils ont affirmé que leur batterie n'avait aucune possibilité de prendre feu, offrant une vidéo d'un trou foré dans la batterie pendant qu'elle produisait de l'électricité. Chaque cellule fournissait environ 2 volts. Le prototype a enduré plus de 7 500 cycles de charge-décharge sans perte de capacité. La batterie à charge ultra-rapide était constituée d'une anode en aluminium, d'un électrolyte liquide, d'une mousse isolante et d'une cathode en graphite.

Comparaison batteries aluminium-ion vs lithium-ion

Les batteries aluminium-ion sont conceptuellement semblables aux batteries de lithium-ion, mais possèdent une anode d'aluminium au lieu d'une anode de lithium. Alors que la tension théorique des batteries ion-aluminium est inférieure à celle des batteries lithium-ion, respectivement 2,65 V et 4 V, le potentiel théorique de densité d'énergie des batteries aluminium-ion est 5 fois plus élevé que celle des batteries Li-On, soit respectivement 1060 Wh/kg contre 406 Wh/kg.