Des chercheurs chinois développent un nouveau modèle de batterie rechargeable à l'hydrogène et au chlore dans une large plage de températures

Des chercheurs chinois développent un nouveau modèle de batterie rechargeable à l'hydrogène et au chlore dans une large plage de températures
Table
  1. Défis des batteries au chlore actuelles
  2. Innovation dans la conception des batteries
  3. Résultats de l'étude
    1. Mécanisme d’amélioration de la réversibilité


Les piles à combustible à hydrogène représentent l’une des technologies les plus prometteuses pour l’avenir énergétique durable, se distinguant par leur capacité à offrir des solutions énergétiques propres et efficaces. Dans ce domaine, les batteries hydrogène-chlore (H2-Cl2) apparaissent comme une option intéressante en raison de leur cinétique électrochimique rapide et de leur capacité spécifique élevée. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Chen Wei de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC), relevant de l'Académie chinoise des sciences (CAS), a présenté une nouvelle conception pour ces batteries, capables de fonctionner dans une large plage de températures. , de -70°C à 40°C, comme indiqué dans le Journal of the American Chemical Society.

Défis des batteries au chlore actuelles

Malgré leurs avantages, les batteries H2-Cl2 sont confrontées à un problème important : la rétention de chlore gazeux pendant le processus de charge, ce qui affecte négativement leur efficacité coulombienne et leur réversibilité. La volatilité du chlore gazeux a sérieusement limité l’applicabilité de ces batteries dans des environnements à différentes températures.

Innovation dans la conception des batteries

Pour surmonter ces obstacles, l’équipe de recherche a conçu une cathode de carbone poreuse hiérarchique, combinant du carbone micro-/mésoporeux (HPC) hautement poreux avec un feutre de carbone macroporeux (CF). Cette structure permet au Cl2 d'être efficacement confiné dans la cathode, améliorant ainsi la réversibilité et l'efficacité du procédé.

Résultats de l'étude

Les résultats ont montré que les cellules H2-Cl2 maintiennent une efficacité et une stabilité coulombiennes élevées, fonctionnant de manière constante pendant 500 cycles avec une capacité de décharge de 3 mAh cm-2. De plus, ils ont démontré des performances exceptionnelles à des températures ultra-basses, en maintenant une tension de décharge de 1,1 V et une capacité spécifique de 282 mAh g-1 à -70°C.

Mécanisme d’amélioration de la réversibilité

En utilisant la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) combinée à des calculs théoriques, l’équipe a découvert que la réaction Cl2/Cl se produit parallèlement à la formation et à la rupture réversibles des liaisons C-Cl, améliorant considérablement la réversibilité des cathodes. Cl-2/Cl.

Cette étude ouvre de nouvelles directions pour la conception de batteries au chlore aqueux et de batteries à l’hydrogène à haute densité énergétique, offrant des solutions de stockage d’énergie sur une large plage de températures. L'innovation présentée promet de promouvoir le développement de technologies énergétiques plus durables et plus efficaces.

La recherche dirigée par le professeur Chen Wei marque une étape importante dans le domaine des batteries hydrogène-chlore, surmontant les défis antérieurs et offrant une solution viable pour leur application dans des conditions de températures extrêmes. Cette avancée améliore non seulement l’efficacité et la réversibilité de ces batteries, mais élargit également les possibilités de leur utilisation dans un avenir durable.

Plus d'information: Zehui Xie et al, La batterie rechargeable à l'hydrogène et au chlore fonctionne dans une large plage de températures, Journal de l'American Chemical Society (2023). DOI : 10.1021/jacs.3c09819

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