Des scientifiques de l’Institut Shibaura de technologie au Japon ont développé une méthode innovante pour créer des composants essentiels aux batteries métal-air, une technologie prometteuse qui pourrait transformer notre façon de stocker l’énergie. Leur technique simplifie considérablement la fabrication de catalyseurs, ces matériaux qui accélèrent les réactions chimiques dans les batteries, tout en utilisant des ressources abondantes et peu coûteuses. Les résultats, publiés dans une revue scientifique spécialisée, pourraient accélérer l’adoption de cette technologie propre.
Comment fonctionne les batteries métal-air ?
Une batterie métal-air fonctionne différemment des piles classiques qu’on trouve dans nos téléphones. Au lieu d’être totalement fermée, elle utilise l’oxygène présent dans l’air environnant comme matière première. L’électrode négative est faite de métal (zinc, lithium ou aluminium), tandis que l’électrode positive capte l’oxygène ambiant. Quand la batterie se décharge, le métal réagit avec l’oxygène pour produire de l’électricité.
Ces batteries présentent un avantage majeur : elles peuvent théoriquement stocker jusqu’à douze fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion actuelles. Elles sont également moins chères à fabriquer puisqu’elles n’ont pas besoin d’une cathode remplie de matériaux coûteux. Cependant, leur développement commercial se heurte à un problème : les réactions chimiques à l’intérieur sont trop lentes, ce qui réduit leur efficacité et leur durée de vie.
Une innovation qui change la donne
L’équipe du professeur Ishizaki a utilisé une technique appelée « plasma en solution » pour créer un catalyseur très performant. Ce procédé permet de fabriquer en une seule étape un composé appelé hydroxyde de cobalt-étain, mélangé à du carbone spécial. Traditionnellement, créer de tels catalyseurs nécessitait plusieurs étapes complexes et des matériaux rares comme le platine, extrêmement cher.
Leur nouveau catalyseur accomplit deux tâches simultanément : il accélère la transformation de l’oxygène quand la batterie se décharge, et facilite sa libération quand elle se recharge. « Notre composite avancé CoSn(OH)₆-Ketjen Black a présenté une stabilité exceptionnelle à long terme, maintenant ses performances supérieures d’évolution de l’oxygène pendant plus de 12 heures sans dégradation, un facteur crucial pour les applications réelles de batterie », explique le professeur Ishizaki.
Des performances remarquables
Les tests effectués par Sangwoo Chae et ses collègues montrent que leur catalyseur rivalise avec les meilleurs matériaux actuellement disponibles. Il surpasse même l’oxyde de ruthénium, référence industrielle, pour certaines réactions. Surtout, il atteint des performances comparables aux catalyseurs à base de platine, tout en utilisant uniquement du cobalt et de l’étain, deux métaux beaucoup plus abondants et accessibles.
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La stabilité dans le temps représente un autre atout majeur. Le catalyseur maintient ses performances pendant plus de douze heures continues sans se dégrader, prouvant sa robustesse pour un usage quotidien. La rapidité de fabrication constitue également un avantage : des travaux antérieurs de la même équipe avaient montré qu’il était possible de créer ce type de matériau en seulement vingt minutes.
Vers une adoption plus large
Cette avancée pourrait faciliter le développement de batteries métal-air pour des applications concrètes. Jusqu’à présent, elles restaient cantonnées à des usages limités comme les appareils auditifs ou certains équipements militaires. Avec des catalyseurs performants et bon marché, elles pourraient équiper les véhicules électriques ou servir au stockage d’énergie pour les réseaux électriques.
Les batteries métal-air présentent des avantages écologiques non négligeables. Elles utilisent des métaux abondants sur Terre et peuvent coûter jusqu’à dix fois moins cher à fabriquer que les batteries lithium-ion. Leur densité énergétique élevée permettrait également de réduire le poids des systèmes de stockage, un critère important pour les transports. Si les défis techniques continuent d’être surmontés, elles pourraient jouer un rôle important dans la transition énergétique mondiale.
Article : « Single-step solution plasma synthesis of bifunctional CoSn(OH)6–carbon composite electrocatalysts for oxygen evolution and oxygen reduction reactions » – DOI : https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/se/d5se00370a
Source : Shibaura Institute
