L’eau pourrait constituer la base de futures batteries rechargeables particulièrement bon marché. En effet, des chercheurs de l’Empa ont réussi à doubler la stabilité électrochimique de l’eau avec une solution saline spécifique. Cela nous rapproche un peu plus de l’utilisation commerciale de ce type de technologie.
Dans la recherche de batteries sûres et peu coûteuses pour le futur, nous devons finalement nous poser une question : pourquoi ne pas simplement utiliser l’eau comme électrolyte ? L’eau est bon marché, disponible partout, ininflammable et peut conduire les ions. Cependant, l’eau a un inconvénient majeur : elle n’est chimiquement stable que jusqu’à une tension de 1,23 volts. En d’autres termes, une pile à eau fournit trois fois moins de tension qu’une pile lithium-ion classique de 3,7 volts, ce qui la rend mal adaptée aux applications comme la voiture électrique. Une batterie à base d’eau, pourrait toutefois être extrêmement intéressante dans des applications stationnaires de stockage d’électricité.
Une solution saline sans eau
Ruben-Simon Kühnel et David Reber, chercheurs du département Matériaux pour la conversion d’énergie de l’Empa, ont découvert un moyen de résoudre le problème : l’électrolyte contenant du sel doit être liquide, mais en même temps il doit être tellement concentré qu’il ne contient pas d’eau « en excès ».
Pour leurs expériences, les deux chercheurs ont utilisé du sel spécial sodium FSI (nom précis : sodium bis(fluorosulfonyl)imide). Ce sel s’avère extrêmement soluble dans l’eau : sept grammes de sodium FSI et un gramme d’eau produisent une solution saline claire. Dans ce liquide, toutes les molécules d’eau sont regroupées autour des cations de sodium chargés positivement dans une coquille d’hydrate. Il n’y a pratiquement aucune molécule d’eau non liée.
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Production rentable
Les chercheurs ont découvert que cette solution saline présentait une stabilité électrochimique allant jusqu’à 2,6 volts, soit près de deux fois plus que les autres électrolytes aqueux. La découverte pourrait être la clé de cellules de batterie peu coûteuses et sûres ; peu coûteuses parce qu’en dehors de tout autre chose, les cellules FSI au sodium peuvent être conçues de manière plus sûre et donc plus facilement que les batteries au lithium-ion.
Le système a déjà résisté à une série de cycles de chargement et de déchargement en laboratoire. Jusqu’à présent, les chercheurs ont testé séparément les anodes et les cathodes de leur propre batterie – par rapport à une électrode standard. Dans l’étape suivante, les deux demi-batteries doivent être combinées en une seule batterie. Ensuite, d’autres cycles de chargement et de déchargement sont programmés.
Les activités de recherches de l’Empa sur les nouvelles batteries pour des systèmes stationnaires de stockage d’électricité sont intégrées dans le Centre de compétence suisse pour le stockage de chaleur et d’électricité (SCCER HaE), qui coordonne la recherche de nouveaux concepts de stockage de chaleur et d’électricité au niveau national et est dirigé par l’Institut Paul Scherrer (PSI). Si l’expérience est concluante, des batteries à eau peu coûteuses seront à portée de main.
spécial sodium FSI (nom précis : sodium bis(fluorosulfonyl)imide)
Un concentré de fluor ?
Le fluor est extrêmement toxique.