Des chercheurs conçoivent une batterie qui fonctionne sans membrane ni eau

Une nouvelle batterie révolutionnaire développée par des chercheurs de l’Université de Cincinnati pourrait permettre de stocker l’énergie renouvelable à grande échelle et alimenter chaque maison en énergie propre.

Une batterie innovante sans eau pour stocker les énergies renouvelables

Dans son laboratoire de chimie, Jimmy Jiang et ses étudiants de l’Université de Cincinnati ont créé une nouvelle batterie qui pourrait avoir des implications profondes pour le stockage d’énergie à grande échelle nécessaire aux fermes éoliennes et solaires.

Selon Jiang, des innovations comme celle de l’UC auront des effets profonds sur l’énergie verte. Les batteries permettent de stocker l’énergie renouvelable pour quand elle est nécessaire, et pas seulement quand elle est produite. « C’est crucial pour tirer le meilleur parti de l’énergie éolienne et solaire« , a-t-il déclaré.

« La production d’énergie et la consommation d’énergie sont toujours désynchronisées, a-t-il dit. C’est pourquoi il est important d’avoir un dispositif qui peut stocker cette énergie temporairement et la libérer quand on en a besoin. »

Ils ont décrit leur nouvelle conception dans la revue Nature Communications.

Les batteries de voiture traditionnelles contiennent un mélange d’acide sulfurique et d’eau. Bien qu’elles soient bon marché et fabriquées à partir de matériaux facilement disponibles, elles présentent de graves inconvénients pour une utilisation industrielle ou à grande échelle. Elles ont une très faible densité énergétique, ce qui n’est pas utile pour stocker les mégawatts d’énergie nécessaires à l’alimentation d’une ville.

Et elles ont un faible seuil de stabilité électrochimique. Jiang a déclaré que cela signifie qu’elles peuvent exploser.

« L’eau a une limite de tension. Une fois que la tension d’une batterie aqueuse dépasse la fenêtre de stabilité de 1,5 volt, l’eau peut se décomposer ou être divisée en hydrogène et en oxygène, ce qui est explosif », a-t-il expliqué.

Mais Jiang et ses étudiants ont développé une batterie sans eau capable de générer près de 4 volts. La nouvelle conception de Jiang le fait sans membrane séparatrice, qui fait partie des pièces les plus coûteuses de ce type de batteries, a-t-il déclaré.

« Les membranes sont super chères, a-t-il dit. Nous avons développé un nouveau type de matériau de stockage d’énergie qui améliore les performances à moindre coût. »

De même, les membranes sont inefficaces, selon lui.

« Elles ne peuvent pas séparer complètement les côtés positifs et négatifs, il y a donc toujours un chevauchement », a-t-il expliqué.

Le groupe a déposé des demandes de brevet provisoire, a-t-il indiqué.

« Il reste encore un long chemin à parcourir », a déclaré Jiang.

Mais il a dit que nous fonçons vers une révolution des batteries dans les 20 prochaines années.

« Je suis confiant à ce sujet. Beaucoup de recherches intensives sont en cours pour repousser les limites des performances des batteries », a-t-il déclaré.

Ses étudiants sont tout aussi enthousiastes. L’étudiant au doctorat et co-auteur de l’étude Rabin Siwakoti a déclaré que la batterie offre une plus grande densité énergétique.

« Donc même une petite batterie peut vous donner plus d’énergie », a-t-il déclaré.

« Nous avons réussi à éliminer la membrane dans une batterie, qui représente une énorme partie des coûts initiaux. Cela représente jusqu’à 30% du coût de la batterie », a déclaré le co-auteur et doctorant Jack McGrath.

Le co-auteur Soumalya Sinha, professeur invité à l’UC, a déclaré que les pays se livrent une course pour développer des batteries moins chères et plus efficaces.

« Cette conception réduit considérablement les coûts des matériaux», a-t-il déclaré. «Nous essayons d’obtenir les mêmes performances à moindre coût. »

En synthèse

La nouvelle batterie développée par l’équipe de Jimmy Jiang à l’Université de Cincinnati pourrait révolutionner le stockage de l’énergie renouvelable. Sans membrane et fonctionnant sans eau, elle permet de stocker plus d’énergie de manière plus sûre et à moindre coût. Cette avancée pourrait permettre d’alimenter les villes en énergie éolienne et solaire stockée.

Pour une meilleure compréhension

Pourquoi de nouvelles batteries sont-elles nécessaires ?

Les batteries traditionnelles comme celles des voitures ne sont pas adaptées au stockage de l’énergie à grande échelle. Elles ont une faible densité énergétique et un risque d’explosion trop élevé. De nouvelles batteries plus performantes et plus sûres sont donc nécessaires.

En quoi la batterie de l’UC innove-t-elle ?

Cette batterie innove en fonctionnant sans eau, ce qui lui permet d’atteindre une tension plus élevée sans risque d’explosion. Elle se passe aussi de membrane séparatrice, réduisant les coûts. Elle peut stocker plus d’énergie de manière plus sûre et moins chère.

Quels sont les défis à relever pour cette technologie ?

Il reste encore des progrès à faire en termes de recherche et développement avant une utilisation à grande échelle. Les performances et la fiabilité doivent encore être améliorées. La production à grande échelle doit aussi être mise en place.

Cette technologie va-t-elle révolutionner les énergies renouvelables ?

Selon son inventeur, cette batterie pourrait avoir un impact majeur sur le stockage des énergies renouvelables. En permettant de stocker l’énergie éolienne et solaire, elle pourrait résoudre le problème de l’intermittence et ainsi accélérer la transition énergétique.

Légende illustration principale : Jack McGrath, doctorant à l’université de Cincinnati, brandit un bécher de liquide dans un laboratoire de chimie – Crédit : Andrew Higley/UC

Article : « Development of high-voltage and high-energy membrane-free nonaqueous lithium-based organic redox flow batteries » – DOI : 10.1038/s41467-023-40374-y