Mettez du crabe dans votre batterie

Dans une batterie, pour simplifier et schématiser, on a une anode (borne ‘-‘), une cathode (borne ‘+’) et un élément entre les deux : l’électrolyte. Cet élément permet la transitions des électrons de l’anode vers la cathode à l’intérieur de la batterie lors de la décharge (et inversement lors de la charge).

Sauf que ces électrolytes sont souvent très chimiques et mettent aussi en œuvre des séparateurs en polypropylène ou polycarbonate. Tout ceci n’est pas « joli » d’un point de vue environnemental car issu du pétrole, et absolument pas biodégradables à l’échelle humaine. Et c’est donc là qu’interviennent les crustacés.

Un électrolyte biodégradable

En effet, une équipe de chercheurs du Centre des Matériaux Innovants de l’Université du Maryland, sous la direction de Liangbing Hu, ont testé un électrolyte qui serait composé de chitosane et de zinc. La chitosane (chitosan en anglais), est un glucide polymère (ou polyoside) composé de D-glucosamine et de N-acétyl-D-glucosamine. Elle est obtenue à partir de la chitine. Et la chitine est le composant des exosquelettes des arthropodes (crustacés) ou de l’endosquelette des céphalopodes (poulpe, seiche, calmar, etc.).

L’équipe de chercheurs a donc testé leur électrolyte chitosane-zinc dans une batterie au zinc. Cet électrolyte est ni inflammable, ni corrosif, ni chimiquement mauvais pour l’environnement. En prime, il peut être produit à partir de déchets que sont les carapaces des crustacés. Pour l’alimentation humaine, on estimait en 2015 que 6 à 8 millions de tonnes de carapaces étaient jetées. Côté dégradation, on est sur une base de 5 mois pour disparaître. Si la chitosane était intégrée à une batterie Li-ion, les deux tiers de celle-ci seraient alors biodégradables. Et la production est largement plus propre car elle peut s’obtenir par une réaction enzymatique.

Des chiffres prometteurs

Le prototype de l’Université a conservé 99,7% de sa capacité après 1000 cycles. Un chiffre excellent qui permet d’envisager une utilisation en série de ce nouvel électrolyte dans une batterie zinc. L’un des défauts des batteries métal comme les batteries au zinc est la formation rapide de dendrites. Ces dendrites sont des dépôts de zinc métallique qui finissent par faire un court-circuit dans la cellule. Ces dendrites existent aussi avec les batteries au lithium (lui aussi un métal) mais si on respecte certaines conditions de charge (puissance trop élevée), on peut quasiment les éviter.

Ici, l’électrolyte à la chitosane permet un dépôt de zinc qui évite les amas et donc les dendrites. Pour le moment, les batteries zinc sont envisagées pour les solutions de stockage fixe. Cela permet de tamponner la production d’électricité comme celles des éoliennes ou des panneaux photovoltaïques qui ont tendance à produire quand on n’en a pas forcément besoin. Mais, il y a aussi des études pour utiliser ces batteries dans les téléphones et qui sait plus tard dans les VE.

Les batteries au zinc offrent une densité énergétique plus importante que celles au lithium. Elles permettraient aussi d’éviter l’utilisation d’éléments rares (ou non) qui demandent des minages polluants et destructeurs. L’un des points négatifs pour la mobilité est une recharge qui pour l’instant est plus lente qu’avec une li-ion.

Les batteries font des progrès tous les jours ou presque. Mais de là à se dire que l’on va mettre de la carapace de crabe dedans, il y a un pas que cette équipe de chercheurs n’a pas hésité à franchir.