La batterie à base d’eau : une innovation majeure dans le stockage d’énergie

Cet été, notre planète est confrontée à des vagues de chaleur sans précédent et à des précipitations abondantes. Le développement des énergies renouvelables et l’expansion des infrastructures associées sont devenus une stratégie de survie essentielle pour assurer la durabilité de notre planète en crise. Cette stratégie présente toutefois des limites évidentes dues à la volatilité de la production d’électricité, qui dépend de variables incertaines comme les conditions météorologiques labiles.

En raison de ces défis, la demande pour les systèmes de stockage d’énergie (SSE) capables de stocker et de fournir de l’électricité selon les besoins est en constante augmentation. Les batteries lithium-ion (BLI) actuellement utilisées dans les SSE sont non seulement très coûteuses, mais aussi sujettes à des risques d’incendie. Il devient donc urgent de développer des alternatives moins chères et plus sûres.

Une nouvelle solution : la batterie rechargeable à base d’eau

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 de la technologie (KIST) a développé une batterie rechargeable à base d’eau hautement sécurisée qui pourrait offrir une alternative opportune répondant aux besoins en termes de coût et de sécurité.

Malgré une densité d’énergie plus faible, les batteries rechargeables à base d’eau présentent un avantage économique significatif car le coût des matières premières est bien inférieur à celui des BLI.

Le problème persistant de la production d’hydrogène à partir de la décomposition parasitaire de l’eau entraîne une augmentation progressive de la pression interne et l’épuisement final de l’électrolyte, ce qui pose une menace considérable pour la sécurité de la batterie, rendant sa commercialisation difficile.

Une avancée majeure vers la commercialisation

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 produit à l’intérieur de la cellule en eau, garantissant à la fois la performance et la sécurité de la cellule.

Dans la cellule prototype équipée des nouveaux catalyseurs, la pression interne de la cellule a été maintenue bien en dessous de la limite de sécurité, et aucune déplétion de l’électrolyte n’a été observée. Les résultats de cette recherche résolvent efficacement l’un des problèmes de sécurité les plus préoccupants des batteries à base d’eau, faisant un pas de géant vers leur application commerciale future dans les SSE.

En synthèse

Le remplacement des BLI par des batteries à base d’eau moins chères et plus sûres pourrait même déclencher une croissance rapide du marché mondial des SSE.

« Cette technologie concerne une stratégie de sécurité personnalisée pour les batteries rechargeables à base d’eau, basée sur un mécanisme de sécurité actif intégré, grâce auquel les facteurs de risque sont automatiquement contrôlés », a ajouté le Dr Oh, Si Hyoung du KIST.

« De plus, elle peut être appliquée à diverses installations industrielles où la fuite de gaz hydrogène est l’une des principales préoccupations en matière de sécurité (par exemple, station de gaz hydrogène, centrale nucléaire, etc.) pour protéger la sécurité publique. »

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’une batterie rechargeable à base d’eau ?

Une batterie rechargeable à base d’eau est une alternative aux batteries lithium-ion (BLI) couramment utilisées dans les systèmes de stockage d’énergie (SSE). Elles sont moins coûteuses et plus sûres, mais ont une densité d’énergie plus faible.

Quels sont les défis associés aux batteries rechargeables à base d’eau ?

Le principal défi est la production d’hydrogène à partir de la décomposition parasitaire de l’eau, qui entraîne une augmentation progressive de la pression interne et l’épuisement final de l’électrolyte, posant une menace pour la sécurité de la batterie.

Comment l’équipe de recherche a-t-elle résolu ce problème ?

L’équipe a développé un catalyseur composite capable de convertir automatiquement l’hydrogène produit à l’intérieur de la cellule en eau, garantissant à la fois la performance et la sécurité de la cellule.

Quels sont les avantages de cette nouvelle technologie ?

Elle offre une alternative moins chère et plus sûre aux BLI, et pourrait déclencher une croissance rapide du marché mondial des SSE. De plus, elle peut être appliquée à diverses installations industrielles où la fuite de gaz hydrogène est une préoccupation majeure en matière de sécurité.

Quelle est la prochaine étape ?

La prochaine étape est l’application commerciale de cette technologie dans les SSE, ce qui représente une avancée majeure vers la commercialisation des batteries à base d’eau.

Article : « Highly safe aqueous rechargeable batteries via electrolyte regeneration using Pd-MnO2 catalytic cycle » – DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102881

Source : Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)