Les chercheurs ont développé des « batteries à eau » innovantes qui offrent une alternative sûre et recyclable aux batteries lithium-ion pour le stockage d’énergie à grande échelle. Ces batteries aqueuses métal-ion utilisent de l’eau au lieu d’électrolytes inflammables, évitant ainsi les risques d’incendie. Leur conception durable facilite un démontage facile pour la réutilisation ou le recyclage des matériaux. Les avancées significatives incluent la lutte contre la croissance des dendrites, l’allongement de la durée de vie des batteries et l’obtention de densités énergétiques compétitives avec des applications potentielles dans le stockage sur réseau et l’intégration des énergies renouvelables. Le succès du projet repose sur une collaboration mondiale et des partenariats industriels, signalant une direction prometteuse vers des solutions de stockage d’énergie plus sûres et plus efficaces. (Concept de l’artiste). Crédit : Issues.fr.com
Une équipe mondiale de chercheurs et de collaborateurs industriels dirigée par l’Université RMIT a développé des « batteries à eau » recyclables qui ne prendront pas feu et n’exploseront pas.
Le stockage d’énergie au lithium-ion domine le marché en raison de sa maturité technologique, mais son adéquation au stockage d’énergie sur réseau à grande échelle est limitée par des problèmes de sécurité liés aux matériaux volatils qu’il contient.
Le professeur distingué Tianyi Ma, chercheur principal, a déclaré que leurs batteries étaient à la pointe d’un domaine émergent de dispositifs de stockage d’énergie aqueuse, avec des avancées qui améliorent considérablement les performances et la durée de vie de la technologie.
« Ce que nous concevons et fabriquons s’appelle des batteries aqueuses métal-ion – ou nous pouvons les appeler des batteries à eau », a déclaré Ma, de l’École des sciences du RMIT.
L’équipe utilise de l’eau pour remplacer les électrolytes organiques, qui permettent la circulation du courant électrique entre les bornes positives et négatives, ce qui signifie que leurs batteries ne peuvent pas déclencher d’incendie ou exploser, contrairement à leurs homologues au lithium-ion.
« Pour répondre aux défis d’élimination en fin de vie auxquels les consommateurs, l’industrie et les gouvernements du monde entier sont confrontés avec la technologie actuelle de stockage d’énergie, nos batteries peuvent être démontées en toute sécurité et les matériaux peuvent être réutilisés ou recyclés », a déclaré Ma.
La simplicité des processus de fabrication de leurs batteries à eau a contribué à rendre possible la production de masse, a-t-il déclaré.
« Nous utilisons des matériaux tels que le magnésium et le zinc qui sont abondants dans la nature, peu coûteux et moins toxiques que les alternatives utilisées dans d’autres types de batteries, ce qui contribue à réduire les coûts de fabrication et les risques pour la santé humaine et l’environnement. »
Quel est le potentiel de stockage d’énergie et de cycle de vie ?
L’équipe a réalisé une série de batteries d’essai à petite échelle pour de nombreuses études évaluées par des pairs afin de relever divers défis technologiques, notamment l’augmentation de la capacité de stockage d’énergie et de la durée de vie.
Dans leur dernier ouvrage, publié dans Matériaux avancésils ont triomphé d’un défi majeur : la croissance de dendrites perturbatrices, qui sont des formations métalliques épineuses pouvant entraîner des courts-circuits et d’autres défauts graves.
L’équipe a recouvert les pièces de batterie concernées d’un métal appelé bismuth et de son oxyde (autrement connu sous le nom de rouille) comme couche protectrice empêchant la formation de dendrites.
Le résultat?
« Nos batteries durent désormais beaucoup plus longtemps – comparable aux batteries lithium-ion commerciales sur le marché – ce qui les rend idéales pour une utilisation intensive et à grande vitesse dans des applications réelles. Avec une capacité impressionnante et une durée de vie prolongée, nous avons non seulement avancé la technologie des batteries, mais avons également intégré avec succès notre conception aux panneaux solaires, démontrant ainsi un stockage d’énergie renouvelable efficace et stable.
La batterie à eau de l’équipe comble l’écart avec la technologie lithium-ion en termes de densité énergétique, dans le but d’utiliser le moins d’espace possible par unité de puissance. « Nous avons récemment fabriqué une batterie magnésium-ion-eau qui a une densité énergétique de 75 wattheures par kilogramme (Wh kg-1), soit jusqu’à 30 % de celle des dernières batteries de voiture Tesla. »
Le professeur distingué Tianyi Ma (à gauche) et le Dr Lingfeng Zhu de l’Université RMIT avec la batterie à eau de l’équipe. Crédit : Carelle Mulawa-Richards, Université RMIT
Cette recherche est publiée dans Petituntoutes les structures.
« La prochaine étape consiste à augmenter la densité énergétique de nos batteries à eau en développant de nouveaux nanomatériaux comme matériaux d’électrode. »
Ma a déclaré que le magnésium serait probablement le matériau de choix pour les futures batteries à eau.
« Les batteries magnésium-ion-eau ont le potentiel de remplacer le plomb.acide batteries à court terme – environ un à trois ans – et pour remplacer potentiellement les batteries lithium-ion à long terme, d’ici 5 à 10 ans. Le magnésium est plus léger que les métaux alternatifs, notamment le zinc et le nickel, a une densité énergétique potentielle plus élevée et permettra aux batteries d’avoir des temps de charge plus rapides et une meilleure capacité à prendre en charge les appareils et applications gourmands en énergie.
Applications potentielles
Ma a déclaré que les batteries de l’équipe étaient bien adaptées aux applications à grande échelle, ce qui les rend idéales pour le stockage sur réseau et l’intégration des énergies renouvelables – notamment en termes de considérations de sécurité.
« À mesure que notre technologie progresse, d’autres types d’applications de stockage d’énergie à plus petite échelle, telles que l’alimentation électrique des maisons et des appareils de divertissement, pourraient devenir une réalité. »
Technologie soutenue par des recherches évaluées par des pairs, un financement gouvernemental et l’engagement de l’industrie
Dans le cadre d’un projet ARC Linkage, l’équipe de Ma développe continuellement ses batteries à eau en collaboration avec son partenaire industriel, GrapheneX, un innovateur technologique basé à Sydney.
« Nous collaborons également en étroite collaboration avec des chercheurs et des experts d’universités et d’instituts de recherche renommés d’Australie, des États-Unis, du Royaume-Uni, du Japon, de Singapour, de Chine et d’ailleurs. Ces collaborations facilitent l’échange de connaissances et l’accès à des installations de pointe. En nous appuyant sur l’expertise de cette équipe mondiale dans différents domaines, nous pouvons relever les défis complexes impliqués sous différents angles.
