Titane : Un nouveau joueur dans les batteries Métal-Air

Une équipe de chercheurs allemands du Forschungszentrum Jülich, en association avec leurs homologues du Technion – Israel Institute of Technology – de Haïfa, a réussi à mettre au point et à tester en laboratoire une nouvelle batterie titane-air, dans le cadre d’un projet scientifique novateur. Cette prouesse marque les premiers résultats expérimentaux publiés d’une batterie utilisant le titane comme matériau actif.

Le titane, un matériau connu pour sa légèreté, sa résistance extrême et sa capacité à donner jusqu’à quatre électrons pour le transfert de charge, présente un immense potentiel en tant que moyen de stockage de l’électricité.

La percée a été réalisée en exploitant le potentiel électrochimique de ce métal stable et généralement passif pour le stockage de l’énergie électrique, grâce à l’application d’un liquide ionique connu sous le nom de EMIm(HF)2.3F. Les liquides ioniques, essentiellement des sels dont le point de fusion est exceptionnellement bas, sont connus pour leurs propriétés électriques et matérielles distinctives qui les rendent utiles dans une gamme variée d’applications.

Les piles titane-air nouvellement développées sont en passe de surpasser les piles zinc-air standard, offrant une densité énergétique théorique deux à trois fois supérieure. Ces piles sont actuellement courantes dans les piles boutons utilisées dans des appareils tels que les prothèses auditives, les modules de commande et les capteurs. Les résultats expérimentaux des piles titane-air révèlent une tension moyenne prometteuse allant jusqu’à 1,2 volt et des courants de décharge relativement élevés allant jusqu’à 0,75 mA cm-2, comparables à ceux des piles zinc-air.

La caractéristique principale des piles métal-air réside dans leur mécanisme de réaction unique. Le métal contenu dans la pile réagit avec l’oxygène de l’air pour produire de l’énergie électrique, ce qui élimine la nécessité de stocker l’un des partenaires de la réaction à l’intérieur de la pile. Cette caractéristique distingue ces batteries et leur permet théoriquement d’atteindre des densités d’énergie beaucoup plus élevées que les types de batteries conventionnels.

Compte tenu de leur taille compacte et de leur densité énergétique élevée, les batteries métal-air sont idéales pour les applications où l’espace est une contrainte. En outre, elles constituent des candidats potentiels pour les systèmes de stockage stationnaires à grande échelle, en particulier ceux qui nécessitent des matériaux peu coûteux, courants et non toxiques. Bien que le titane soit généralement considéré comme un matériau coûteux, il est moins cher que le lithium en termes de coût des matériaux et plus cher que l’aluminium. C’est le neuvième matériau le plus abondant dans la croûte terrestre, ce qui implique une grande disponibilité des ressources pour son utilisation.

Il est intéressant de noter que dans le domaine des matériaux d’anode pour les batteries métal-air, l’accent a été mis principalement sur le zinc, l’aluminium, le fer et le silicium pour les batteries silicium-air. Le titane, à cet égard, est resté largement inexploré en tant que matériau actif, aucun résultat expérimental n’étant disponible jusqu’à présent.

Cette avancée significative est le fruit d’une étroite collaboration entre le Dr Yasin Emre Durmus de l’Institut Jülich pour la recherche sur l’énergie et le climat (IEK-9), dirigé par le professeur Rüdiger-A. Eichel, et le professeur Yair Ein-Eli du Technion. Le professeur Ein-Eli a passé un congé sabbatique de sept mois à l’IEK-9 dans le cadre de la coopération-cadre entre le Forschungszentrum Jülich, le Technion et l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle, ce qui a permis de renforcer les efforts de collaboration.