Avec l’essor des véhicules électriques, il est de plus en plus nécessaire de produire des batteries à haute capacité. «De vastes quantités sont produites et consommées, ce qui risque de générer des problèmes environnementaux
», constate Liangbing Hu, directeur du Center for Materials Innovation de
l’université du Maryland (Etats-Unis). «
Par exemple, les séparateurs en polypropylène et en polycarbonate, qui
sont largement utilisés dans les batteries lithium-ion, mettent des
centaines ou des milliers d’années à se dégrader, et ajoutent à la
charge environnementale.
» À cela s’additionnent la main-d’œuvre nécessaire à la production de ces
batterie, les problèmes humains et environnementaux liés à
l’exploitation des terres rares qu’elles utilisent.
Dans un article publié jeudi dans la revue
Matter, Liangbing Hu et ses collègues chercheurs présentent leur invention d’une
batterie beaucoup plus facilement biodégradable que les sources d’énergie
lithium-ion. Et la source utilisée a de quoi surprendre puisqu’il s’agit de
carapaces de crabes.
Des coquilles de crabe jetées, remplies de chitosine (Liangbing Hu)
Les batteries fonctionnent en utilisant une substance spéciale appelée
électrolyte pour déplacer les ions, ou particules chargées, entre l’anode
et la cathode. Cet électrolyte peut être constitué d’une multitude de
matériaux différents. D’après les auteurs de cette nouvelle étude, de
nombreuses batteries utilisent des produits chimiques inflammables et
corrosifs qui ne sont pas facilement biodégradables. Pour leur batterie,
Liangbing Hu et ses collègues ont fait appel à un électrolyte en gel que
l’on trouve dans un matériau biologique appelé chitosan.
Ce diagramme montre comment le chitosan se transforme en électrolyte et finit par se biodégrader. Liangbing Hu
« Le chitosan est un produit dérivé de la chitine », explique
Liangbing Hu. «
La chitine provient de nombreuses sources comme les parois cellulaires
des champignons, les exosquelettes des crustacés et les plumes des
calmars.
» Mais, selon le chercheur, la source la plus abondante de chitosan se
trouve dans les carapaces de crustacés tels que les crevettes, les homards
et les crabes. De ce fait, les déchets de fruits de mer sont une source de
prédilection pour récolter de la chitine. « Vous pouvez en trouver sur votre table », constate Liangbing Hu.
Des batteries au zinc plus performantes
Selon une étude publiée en 2015 dans Nature, quelque 6 à 8
millions de tonnes de déchets de carapaces de crabes, de crevettes et de
homards sont produites dans le monde. Il faut savoir que la chair d’un
crabe ne représente qu’environ 40 % de sa masse.
Ces déchets, explique l’étude, sont souvent jetées dans une décharge ou
dans la mer. Une solution coûteuse qui peut atteindre plus de 100 dollars
par tonne et qui est mauvaise pour l’environnement car les décharges
contribuent indirectement aux émissions de gaz nocifs. Dès lors, on
comprend facilement l’intérêt écologique d’utiliser ces déchets pour la
production de batteries biodégradables.
Selon les chercheurs de l’université du Maryland, le chitosan utilisé dans
son prototype de batterie s’est complètement dégradé en cinq mois, laissant
derrière lui un résidu de zinc qui est recyclable.
Une série de photos montre comment le matériau de la batterie se dégrade dans le sol après cinq mois. Liangbing Hu
Le prototype présente également un rendement énergétique de 99,7 % après 1
000 cycles, ce qui en fait une option viable pour le stockage de l’énergie
éolienne ou solaire dans les réseaux électriques. Il s’agit d’une grande
amélioration pour les batteries au zinc, car même si ces options de
stockage d’énergie ne sont pas vraiment nouvelles, elles sont connues pour
avoir un rendement assez faible. Selon les chercheurs, l’ingrédient dérivé
de la carapace de crabe pourrait être le chainon manquant qui leur
permettrait de passer au niveau supérieur.
Pour l’instant, Liangbing Hu indique que l’utilisation du chitosan comme
électrolyte signifie qu’environ deux tiers de la batterie peuvent être
biodégradés. L’équipe compte s’attaquer au tiers restant. «
À l’avenir, j’espère que tous les composants des batteries seront
biodégradables
», a-t-il déclaré. «
Non seulement le matériau lui-même, mais aussi le processus de
fabrication des biomatériaux
».
Article de CNET.com adapté par CNETFrance
Image : Getty Images
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