Les scientifiques ont développé une batterie rechargeable aqueuse sûre et économique, répondant aux limites des batteries lithium-ion actuelles utilisées dans les systèmes de stockage d’énergie (ESS). Leur innovation réside dans un catalyseur composite composé de dioxyde de manganèse et de palladium, qui convertit l’hydrogène gazeux dangereux en eau, garantissant ainsi la sécurité et les performances. Cette avancée ouvre la porte à la commercialisation de ces batteries dans les secteurs de l’ESS et dans d’autres secteurs, offrant ainsi une alternative rentable et plus sûre aux technologies existantes.
Une technologie innovante permet la transformation en toute sécurité de l’hydrogène gazeux en eau, renforçant ainsi la sécurité des batteries. Cette avancée ouvre la voie à la commercialisation de batteries rechargeables aqueuses plus abordables et plus sûres.
Cet été, la Terre est confrontée à des conditions météorologiques extrêmes, notamment de fortes vagues de chaleur et des précipitations intenses. L’urgence d’adopter des sources d’énergie renouvelables et d’améliorer les infrastructures associées est désormais plus critique que jamais en tant que stratégie visant à préserver notre planète en ces temps difficiles. Cependant, cette approche se heurte à des défis importants en raison de la nature imprévisible de la production d’électricité à partir d’énergies renouvelables, qui repose sur des variables incertaines telles que des conditions météorologiques instables.
Pour cette raison, la demande de systèmes de stockage d’énergie (ESS) capables de stocker et de fournir de l’électricité selon les besoins est en constante augmentation, mais les batteries lithium-ion (LIB) actuellement utilisées dans les ESS sont non seulement très coûteuses, mais également sujettes à un incendie potentiel. , il est donc urgent de développer des alternatives moins chères et plus sûres.
Causes de la génération d’hydrogène et de son accumulation incessante dans la cellule des batteries rechargeables à base d’eau. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
Avancées dans les batteries rechargeables aqueuses
Une équipe de recherche dirigée par le Dr Oh, Si Hyoung du Centre de recherche sur le stockage d’énergie de l’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a développé une batterie rechargeable aqueuse hautement sûre qui peut offrir une substitution rapide répondant aux besoins en termes de coût et de sécurité.
Malgré une densité énergétique inférieure, les batteries rechargeables aqueuses présentent un avantage économique significatif car le coût des matières premières est bien inférieur à celui des LIB. Cependant, l’hydrogène gazeux invétéré généré par la décomposition parasite de l’eau provoque une augmentation progressive de la pression interne et un éventuel épuisement de l’électrolyte, ce qui constitue une menace importante pour la sécurité de la batterie, rendant la commercialisation difficile.
Stratégie proposée pour assurer la sécurité des batteries rechargeables aqueuses via la régénération de l’eau. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
Surmonter les défis de sécurité liés à la technologie des batteries
Jusqu’à présent, les chercheurs ont souvent tenté d’éluder ce problème en installant une couche de protection de surface minimisant la zone de contact entre l’anode métallique et l’électrolyte. Cependant, la corrosion de l’anode métallique et la décomposition de l’eau dans l’électrolyte qui l’accompagne sont inévitables dans la plupart des cas, et une accumulation incessante d’hydrogène gazeux peut provoquer une détonation potentielle en cas de fonctionnement à long terme.
Rôle des catalyseurs composites dans l’activation de la réaction chimique de régénération de l’eau. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
Pour faire face à ce problème critique, l’équipe de recherche a développé un catalyseur composite composé de dioxyde de manganèse et de palladium, capable de convertir automatiquement l’hydrogène gazeux généré à l’intérieur de la cellule en eau, garantissant à la fois les performances et la sécurité de la cellule.
Le dioxyde de manganèse ne réagit pas avec l’hydrogène gazeux dans des circonstances normales, mais lorsqu’une petite quantité de palladium est ajoutée, l’hydrogène est facilement absorbé par les catalyseurs et est régénéré en eau. Dans la cellule prototype chargée des catalyseurs nouvellement développés, la pression interne de la cellule a été maintenue bien en dessous de la limite de sécurité et aucune diminution de l’électrolyte n’a été observée.
Implications pour l’avenir du stockage d’énergie
Les résultats de cette recherche résolvent efficacement l’un des problèmes de sécurité les plus préoccupants liés aux batteries aqueuses, faisant ainsi un grand pas en avant vers une application commerciale de l’ESS à l’avenir. Le remplacement des LIB par des batteries aqueuses moins chères et plus sûres peut même déclencher une croissance rapide du marché mondial des ESS.
« Cette technologie concerne une stratégie de sécurité personnalisée pour les batteries rechargeables à base d’eau, basée sur le mécanisme de sécurité active intégré, grâce auquel les facteurs de risque sont automatiquement contrôlés », a déclaré le Dr Oh, Si Hyoung de KIST. « De plus, il peut être appliqué à diverses installations industrielles où les fuites d’hydrogène gazeux constituent l’un des principaux problèmes de sécurité (par exemple, station-service à hydrogène, centrale nucléaire, etc.) afin de protéger la sécurité publique. »
L’étude a été financée par le ministère des Sciences et des TIC.
