L’eau de mer, clé de la prochaine génération de batteries ?

Dans un monde où la dépendance aux ressources épuisables est devenue critique, la découverte d’une alternative durable et abondante pour les batteries rechargeables s’impose comme une nécessité. C’est dans cette optique que le chlorure, ion négatif abondant dans l’eau de mer, se révèle comme un concurrent potentiel au lithium. Une équipe de chercheurs a dévoilé des avancées significatives à ce sujet.

Actuellement, les batteries au lithium-ion dominent le marché des véhicules électriques et de nombreux appareils électroniques. Pourtant, leur coût élevé, leur dépendance à des matériaux critiques et leur disponibilité géographique limitée posent problème.

Six pays détiennent à eux seuls plus de 85% des réserves mondiales de lithium.

Le chlorure à la rescousse : une nouvelle chimie redox

Dirigée par Xiaowei Teng, professeur de génie chimique à WPI, l’équipe a mis à jour une nouvelle chimie redox basée sur les ions chlorure, ouvrant la voie à la conception de batteries vertes alimentées par l’eau de mer. Cette percée s’appuie sur la collaboration étroite avec des scientifiques de l’Université de l’Alabama et du Brookhaven National Laboratory de New York.

Leurs travaux, publiés dans la prestigieuse revue « Chemistry of Materials », démontrent l’efficacité des ions chlorure dans l’optimisation des réactions électrochimiques des batteries à base de fer. Leur étude a permis d’identifier un intermédiaire cristallin, contribuant à la stabilité et à l’efficacité de la batterie.

Des matériaux abondants et durables

Le prototype de batterie développé par l’équipe WPI fonctionne avec un électrolyte à base d’eau et des électrodes principalement constituées d’éléments abondants, comme les oxydes et hydroxydes de fer.

Xiaowei Teng souligne l’énorme potentiel de recyclage des déchets de fer, offrant ainsi une seconde vie à des millions de tonnes de rouille non recyclées chaque année aux États-Unis.

Bien que l’équipe n’ait pas encore calculé le coût, l’utilisation de matériaux abondants sur terre devrait faire pencher la balance en sa faveur, selon M. Teng. Les États-Unis produisent chaque année plus de 15 millions de tonnes de déchets en fer qui ne sont pas recyclés, dont une grande partie sous forme de rouille. Par conséquent, la chimie des piles alcalines rechargeables au fer qui a été présentée permet de réutiliser les déchets de fer rouillé pour le stockage moderne de l’énergie.

En synthèse

La recherche sur les batteries au chlorure est encore à ses débuts, mais elle ouvre la porte à des solutions plus durables et moins coûteuses que le lithium. Soutenue par des institutions de renom comme la National Science Foundation et le Department of Energy, cette avancée pourrait bien révolutionner le stockage de l’énergie de demain.

Pour une meilleure compréhension

Pourquoi le chlorure ? Le chlorure est abondant dans l’eau de mer, offrant une alternative durable et accessible au lithium.

Qu’est-ce que la chimie redox ? C’est une réaction où un élément perd des électrons (oxydation) et un autre en gagne (réduction).

Comment le chlorure améliore-t-il les batteries ? Il optimise les réactions électrochimiques des batteries à base de fer, augmentant leur efficacité et leur durabilité.

Teng et ses collègues ont présenté la nouvelle chimie des piles dans « Chloride-Insertion Enhances the Electrochemical Oxidation of Iron Hydroxide Double Layer Hydroxide into Oxyhydroxide in Alkaline Iron Batteries« , un article publié dans la revue Chemistry of Materials de l’American Chemical Society et mis en évidence dans la page de couverture supplémentaire. DOI – 10.1021/acs.chemmater.3c01496