Des chercheurs ont trouvé une alternative écologique aux minerais métalliques actuellement favorisés dans les électrodes de batteries lithium-ion. La nouvelle batterie non-toxique et durable utilise de la purpurine, un colorant rouge/jaune extrait de la racine de la garance qui a été utilisée pour la teinture de tissus pendant au moins 3500 ans - ce qui signifie que la substance peut tout simplement être cultivée plutôt qu’extraite des mines.
À l’heure actuelle, le lithium oxyde de cobalt (LiCoO2) est le matériau de choix pour former la cathode dans les batteries Li-ion. Toutefois, l’attraction du cobalt et sa combinaison avec le lithium à haute température pour former la cathode est un processus coûteux et énergivore.
Ajoutez à cela l’énergie utilisée pour extraire le cobalt lors du recyclage et le Dr Reddy Arava Leela Mohana de l’Université Rice dit que pour chaque kilowatt-heure d’énergie dans une batterie au Li-ion, la production et le recyclage rejettent encore 72 kg environ de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Le Dr Reddy, avec des collègues de l’Université Rice et des chercheurs de l’université de ville de New York ainsi que l’US Army Research Laboratory, ont constaté que la purpurine et d’autres molécules de couleur à base biologique offrent un grand potentiel comme une alternative plus respectueuse de l’environnement. Cela est dû au carbonyle et l’hydroxyle dans les molécules qui sont aptes à faire circuler les électrons dans les deux sens.
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| La garance dont est extraite la purpurine |
"Ces systèmes aromatiques sont des molécules riches en électrons qui se coordonnent facilement avec le lithium", a expliqué George John, professeur de chimie au City College
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| (1) de la purpurine Pristine et (2) et de la purpurine chimiquement lithiée dans un rapport 1:2 |
La fabrication de l’électrode purpurine peut être effectuée à température ambiante au sein d’un processus simple qui consiste à dissoudre la purpurine dans un solvant à base d’alcool et en ajoutant un sel de lithium. Une fois que la solution passe du jaune rougeâtre au rose, ceci indique que les ions de lithium du sel sont collés à la purpurine, le solvant peut alors être éliminé et l’électrode est prête.
L’équipe affirme que la purpurine est moins compliquée à utiliser que les unes ou deux autres molécules organiques en cours d’examen pour une utilisation dans les batteries. En outre, la croissance de la garance ou d’autres cultures de biomasse aiderait à éliminer le dioxyde de carbone de l’atmosphère. Les batteries résultant seraient également non toxiques, ce qui les rend plus faciles à éliminer.
En utilisant la purpurine, avec 20 % de carbone ajouté pour améliorer la conductivité, l’équipe de recherche a fabriqué une cellule d’une demi-batterie d’une capacité de 90 milliampères/heure par gramme après 50 cycles de charge/décharge.
Les chercheurs sont sûrs que leur batterie verte au Li-ion seront produites commercialement dans les années à venir. Cela prend en compte le temps nécessaire pour améliorer l’efficacité de la purpurine ou trouver et synthétiser des molécules similaires.
Sources :
http://www1.ccny.cuny.edu/advancement/news/Ancient-Red-Dye-Powers-New-Green-Battery.cfm
http://news.rice.edu/2012/12/11/rice-cultivates-green-batteries-from-plant/
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