Les nouvelles piles à eau restent froides sous pression

L’innovation technologique franchit une nouvelle étape avec le développement de batteries à eau recyclables par une équipe internationale dirigée par l’Université RMIT. Cette avancée redéfinit les normes de sécurité, d’efficacité et de respect environnemental dans le domaine du stockage d’énergie.

Le marché du stockage d’énergie est actuellement dominé par les batteries au lithium-ion, reconnues pour leur maturité technologique. Leur utilisation à grande échelle, notamment pour le stockage d’énergie sur le réseau électrique, reste en revanche limitée en raison de préoccupations liées à la sécurité des matériaux volatils qu’elles contiennent.

Le Professeur émérite Tianyi Ma, à la tête de cette recherche innovante, souligne que leurs batteries se positionnent à la pointe d’un domaine émergent : les dispositifs de stockage d’énergie aqueux. Ces derniers offrent des performances et une durée de vie améliorées, marquant un tournant significatif dans la technologie des batteries.

Les batteries à eau, ou batteries métal-ion aqueuses, utilisent l’eau pour remplacer les électrolytes organiques, éliminant ainsi les risques d’incendie ou d’explosion associés aux batteries au lithium-ion. Cette caractéristique assure une sécurité inégalée, répondant aux défis de fin de vie des batteries actuelles, en permettant un démontage sûr et une réutilisation ou un recyclage des matériaux.

Potentiel de stockage d’énergie et cycle de vie

L’équipe a réalisé une série de batteries d’essai à petite échelle, publiant leurs travaux dans des études évaluées par des pairs pour surmonter divers défis technologiques, notamment l’augmentation de la capacité de stockage d’énergie et la durée de vie des batteries. Dans leur dernière recherche, publiée dans Advanced Materials, ils ont réussi à contrer la formation de dendrites métalliques, prolongeant considérablement la durée de vie des batteries, désormais comparable à celle des batteries lithium-ion commerciales.

En outre, ces batteries présentent une densité énergétique impressionnante, avec une batterie à ion de magnésium atteignant 75 Wh kg^-1, soit jusqu’à 30 % de celle des dernières batteries de voitures Tesla. L’avancée est documentée dans la revue Small Structures. Le Professeur Ma indique que le magnésium, plus léger et offrant une densité énergétique potentielle plus élevée, est le candidat idéal pour les futures batteries à eau.

Applications potentielles et soutien technologique

Les batteries développées par l’équipe de l’Université RMIT sont particulièrement adaptées aux applications à grande échelle, comme le stockage sur le réseau et l’intégration des énergies renouvelables, grâce à leurs considérations de sécurité avancées. La technologie, soutenue par des recherches évaluées par des pairs, des financements gouvernementaux et l’engagement de l’industrie, notamment avec le partenaire industriel GrapheneX, promet de modifier en profondeur le stockage d’énergie domestique et d’autres applications à petite échelle.

« La prochaine étape consistera à augmenter la densité énergétique de nos piles à eau en développant de nouveaux nanomatériaux pour les électrodes.« 

M. Ma a déclaré que le magnésium serait probablement le matériau de choix pour les futures batteries à eau.

« Les batteries à eau magnésium-ion ont le potentiel de remplacer les batteries plomb-acide à court terme (un à trois ans) et de remplacer potentiellement les batteries lithium-ion à long terme, d’ici 5 à 10 ans.« 

« Le magnésium est plus léger que les autres métaux, y compris le zinc et le nickel, a une plus grande densité énergétique potentielle et permettra d’avoir des batteries avec des temps de charge plus rapides et une meilleure capacité à supporter des appareils et des applications gourmands en énergie.« 

Applications potentielles

Selon M. Ma, les batteries de l’équipe sont bien adaptées aux applications à grande échelle, ce qui les rend idéales pour le stockage en réseau et l’intégration des énergies renouvelables, notamment en ce qui concerne les considérations de sécurité.

« Au fur et à mesure que notre technologie progresse, d’autres types d’applications de stockage d’énergie à plus petite échelle, telles que l’alimentation des maisons et des appareils de divertissement, pourraient devenir une réalité. »

Légende illustration : Le professeur Tianyi Ma (à gauche) et le Dr Lingfeng Zhu de l’université RMIT avec la batterie à eau de l’équipe. Crédit : Carelle Mulawa-Richards, Université RMIT

Article : « Synergy of dendrites-impeded atomic clusters dissociation and side-reactions suppressed inert interface protection for ultrastable Zn anode »- DOI: 10.1002/adma.202400237