Accumulateur métal-air
Un accumulateur métal-air (ou batterie métal-air) est une cellule électrochimique constituée d'une anode en métal pur, d'une cathode utilisant l'air ambiant, et d'un électrolyte en solution aqueuse ou aprotique[1],[2].
Principe de fonctionnement[modifier | modifier le code]
Cette conception de cellule tire parti de l'hygrométrie naturelle de l'air ambiant pour former un catholyte in situ, par exemple via la propriété déliquescente du NaOH (la réaction électrochimique - réversible - de Na2CO3·xH2O est alors activée ; et sa cinétique est facilitée)[3].
Pendant la décharge d'un accumulateur de ce type, il se produit une réaction de réduction avec l'air sur la cathode, tandis que l'anode métallique est oxydée. L'utilisation d'air ambiant plutôt que d'oxygène dans les systèmes électrochimiques permet d'éviter que le CO2 et la vapeur d'eau (H2O) de l’air ne causent des réactions physicochimiques irréversibles (ex : formation de carbonates et d’hydroxydes qui dégraderaient la batterie et ses performances)[3].
Intérêt et limites[modifier | modifier le code]
La densité massique d'énergie et la densité d'énergie de ces composants sont plus élevées que celles des accumulateurs lithium-ion, ce qui en fait de bons candidats pour les véhicules électriques.
Le développement de ces technologies s'est cependant heurté à des difficultés au niveau des anodes métalliques, des catalyseurs et des électrolytes[4],[5], bien qu'elles aient malgré tout des applications commerciales.
Types[modifier | modifier le code]
Le tableau suivant compare différentes caractéristiques des accumulateurs métal-air selon le métal utilisé :
| Accumulateur métal-air | Densité massique d'énergie théorique (Oxygène inclus) |
Densité massique d'énergie théorique (Oxygène exclus) |
Tension de circuit ouvert calculée |
|---|---|---|---|
| Lithium-air | 5 210 Wh/kg | 11 140 Wh/kg | 2,91 V |
| Aluminium-air | 4 300 Wh/kg[6] | 8 140 Wh/kg[7] | 1,2 V |
| Silicium-air (en) | 4 217 Wh/kg | 9 036 Wh/kg | 1,6 V[8] |
| Calcium-air | 2 990 Wh/kg | 4 180 Wh/kg | 3,12 V |
| Magnésium-air (en) | 2 789 Wh/kg | 6 462 Wh/kg | 2,93 V |
| Sodium–air | 1 677 Wh/kg | 2 260 Wh/kg | 2,3 V[9] |
| Germanium–air | 1 480 Wh/kg | 7 850 Wh/kg | 1 V |
| Fer–air | 1 431 Wh/kg | 2 044 Wh/kg | 1,3 V |
| Zinc-air | 1 090 Wh/kg | 1 350 Wh/kg | 1,65 V |
| Potassium-air | 935 Wh/kg[10] | 1 700 Wh/kg[a] | 2,48 V[10] |
| Étain-air à 1 000 K[11] | 860 Wh/kg | 6 250 Wh/kg | 0,95 V |
Notes et références[modifier | modifier le code]
- Calculé à partir de la densité d'énergie massique oxygène inclus en prenant 16 et 39,1 comme masse atomique de l'oxygène et du potassium pour l'oxyde de potassium KO2
- (en) « Metal Air Batteries, Half a Fuel Cell? » (version du sur Internet Archive)
- (en) « METAL-AIR BATTERIES Lithium, Aluminum, Zinc, and Carbon » [PDF] (consulté le )
- (en) Heetaek Park, Minseok Kang, Donghun Lee et Jaehyun Park, « Activating reversible carbonate reactions in Nasicon solid electrolyte-based Na-air battery via in-situ formed catholyte », Nature Communications, vol. 15, no 1, (ISSN 2041-1723, DOI 10.1038/s41467-024-47415-0, lire en ligne, consulté le )
- (en) Yanguang Li et Jun Lu, « Metal–Air Batteries: Will They Be the Future Electrochemical Energy Storage Device of Choice? », ACS Energy Letters, vol. 2, no 6, , p. 1370-1377 (DOI 10.1021/acsenergylett.7b00119, lire en ligne)
- (en) Xin Zhang, Xin-Gai Wang, Zhaojun Xie et Zhen Zhou, « Recent progress in rechargeable alkali metal–air batteries », Green Energy & Environment, vol. 1, no 1, , p. 4-17 (DOI 10.1016/j.gee.2016.04.004, lire en ligne)
- (en) « Electrically Rechargeable Metal-Air Batteries (ERMAB) », (consulté le ).
- (en) « Batteries for Oxygen Concentrators », (consulté le ).
- (en) Yasin Emre Durmus, Özgür Aslanbas, Steffen Kayser, Hermann Tempel, Florian Hausen, L. G. J. de Haart, Josef Granwehr, Yair Ein-Eli, Rüdiger-A. Eichel et Hans Kungl, « Long run discharge, performance and efficiency of primary Silicon–air cells with alkaline electrolyte », Electrochimica Acta, vol. 225, , p. 215-224 (DOI 10.1016/j.electacta.2016.12.120, lire en ligne)
- (en) Qian Sun, Yin Yang et Zheng-Wen Fu, « Electrochemical properties of room temperature sodium–air batteries with non-aqueous electrolyte », Electrochemistry Communications, vol. 16, no 1, , p. 22-25 (DOI 10.1016/j.elecom.2011.12.019, lire en ligne)
- (en) Xiaodi Ren et Yiying Wu, « A Low-Overpotential Potassium–Oxygen Battery Based on Potassium Superoxide », Journal of the American Chemical Society, vol. 135, no 8, , p. 2923-2926 (PMID 23402300, DOI 10.1021/ja312059q, lire en ligne)
- (en) Hyung Kuk Ju et Jaeyoung Lee, « High-temperature liquid Sn-air energy storage cell », Journal of Energy Chemistry, vol. 24, no 5, , p. 614-619 (DOI 10.1016/j.jechem.2015.08.006, lire en ligne)
Voir aussi[modifier | modifier le code]
Bibliographie[modifier | modifier le code]
- (en) Xin-bo Zhang, Metal-Air Batteries, , 432 p. (ISBN 9783527342792)
