CityUHK innove avec des batteries aqueuses à base de zinc plus sûres

Pour répondre aux risques d’incendie des batteries au lithium, ainsi qu’à la taille encombrante et à la capacité énergétique limitée des batteries au plomb-acide, une équipe de recherche de l’Université municipale de Hong Kong (CityUHK) a obtenu un financement dans le cadre du deuxième lot du « RAISe+ Scheme » pour développer la prochaine génération de batteries aqueuses à base de zinc offrant une sécurité améliorée, une puissance plus élevée, un coût réduit et une durabilité environnementale.

L’équipe vise à établir une ligne de production d’une capacité annuelle de 1 GWh en trois ans. Cette avancée répond aux défis du stockage d’énergie à grande échelle, en fournissant aux futurs centres de données une alimentation de secours idéale et en améliorant le fonctionnement sûr des installations d’IA à Hong Kong et sur les marchés mondiaux.

Répondre aux défis de sécurité et d’efficacité des systèmes de batteries existants

Alors que le monde accélère vers la neutralité carbone et le développement des énergies renouvelables, les technologies de batteries sont devenues essentielles pour construire une infrastructure énergétique résiliente et durable. 

Bien que les systèmes de batteries au lithium dominent actuellement le marché en raison de leur haute densité énergétique, ils présentent de sérieux risques de sécurité avec des problèmes de court-circuit ou de surchauffe. En revanche, environ 90 % des batteries dans les systèmes d’alimentation sans interruption (ASI) sont des batteries au plomb-acide, dont la faible densité de puissance inhérente nécessite un sur-provisionnement d’unités de batterie pour répondre aux demandes de puissance instantanée. Cela augmente les coûts, complique la maintenance et limite la flexibilité du système.

Pour répondre au besoin urgent de l’industrie en solutions de stockage d’énergie sûres et durables, le professeur Zhi Chunyi, anciennement du Département des sciences et du génie des matériaux de CityUHK, a consacré de nombreuses années à la recherche sur les batteries à électrolyte aqueux, réalisant des avancées majeures en matière de sécurité et de performance des batteries. En 2020, il a cofondé « Amazinc Energy Limited » avec le Dr Tang Zijie de son équipe de recherche, en se concentrant sur les batteries aqueuses à base de zinc comme produit principal.

Une innovation à base d’eau, sûre et respectueuse de l’environnement

Les batteries aqueuses à base de zinc utilisent le métal zinc comme matériau d’électrode principal et l’eau comme électrolyte, éliminant les risques d’incendie et d’explosion associés aux batteries lithium-ion. De plus, le zinc est abondant, recyclable et non toxique, ce qui rend l’ensemble du processus de fabrication et de recyclage plus respectueux de l’environnement et plus rentable que les technologies à base de lithium.

Pour améliorer encore les performances et la valeur applicative, l’équipe va (i) optimiser la structure et le traitement de surface des matériaux d’anode en zinc pour empêcher la formation de dendrites de zinc et prolonger la durée de vie de la batterie ; (ii) appliquer une couche protectrice stable sur la surface de la cathode pour améliorer sa résistance à la dissolution et sa stabilité cyclique ; et (iii) concevoir un séparateur composite à deux couches pour améliorer encore la sécurité et les performances de la batterie. 

En s’appuyant sur ces améliorations au niveau des matériaux, l’équipe affinera également le « processus de développement des cellules » en contrôlant précisément les techniques de fabrication clés, notamment le revêtement de la bouillie, le pressage par rouleau, la coupe des électrodes, le soudage des languettes, l’enroulement des électrodes et le remplissage sous vide de l’électrolyte, afin d’améliorer encore la cohérence, la résistance mécanique, la densité énergétique et la durée de vie des batteries.

De plus, trois nouveaux systèmes, dont un système de gestion de batterie (BMS), un système de contrôle de puissance (PCS) et un système de gestion thermique efficace, seront développés spécifiquement pour les batteries à base de zinc. Ces systèmes surveilleront l’état de la batterie en temps réel pour assurer un fonctionnement stable, éviter la surchauffe et améliorer la fiabilité globale du système.

Accélérer l’industrialisation et la capacité de production

Pour accélérer la commercialisation de ses résultats de recherche, Amazing Energy Limited a reçu le soutien de HK Tech 300, le programme phare d’innovation et d’entrepreneuriat de CityUHK, grâce à un financement d’amorçage. De plus, le projet intitulé « Développement et application de systèmes de stockage d’énergie à grande échelle et de systèmes UPS basés sur des batteries aqueuses intrinsèquement sûres » a été retenu dans le cadre du deuxième lot du « RAISe+ Scheme » par le gouvernement de la Région administrative spéciale de Hong Kong. Le projet est dirigé à CityUHK par le professeur Zhang Qichun, du Département des sciences et du génie des matériaux.

La société exploite également des installations de production automatisées en Chine continentale, soutenant la production pilote et les tests de batteries à base de zinc pour les applications d’alimentation de secours.

Elle s’intègre également progressivement à Huasu Technology, un fournisseur national leader de solutions BMS et d’infrastructure de centres de données. En tirant parti des atouts de Huasu en matière de BMS, d’alimentation de secours pour les centres de données, de systèmes de stockage d’énergie et de canaux de marché, ce partenariat vise à accélérer la commercialisation des batteries à base de zinc dans des marchés tels que les UPS pour centres de données, le stockage d’énergie et l’énergie verte, en orientant les résultats de la recherche vers un développement industriel à plus grande échelle et de plus haut niveau.

« Notre objectif est de développer une nouvelle génération de technologie de batterie à la fois sûre et efficace », a déclaré le Dr Tang. « Le système de batterie aqueuse à base de zinc élimine les risques d’incendie, réduit les coûts et peut fonctionner de manière sûre et fiable dans les applications de stockage d’énergie à grande échelle et d’alimentation de secours. Grâce au soutien de RAISe+, ainsi qu’aux atouts de Hong Kong en tant que centre financier international et hub numérique, nous visons à fournir des solutions plus fiables pour les centres de données locaux, les institutions financières, les systèmes médicaux et les installations commerciales haut de gamme. Hong Kong servira de plateforme de démonstration technologique, d’alignement des normes et d’expansion des marchés étrangers, accélérant l’internationalisation des résultats de recherche. »

Source : City UHK