Une nouvelle batterie semi-permanente pourrait bouleverser plusieurs industries

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Su-il In du Département des sciences et technologies de l’énergie de l’Institut de science et technologie de Daegu Gyeongbuk (DGIST) a mis au point une batterie de nouvelle génération semi-permanente qui ne nécessite pas de recharge.

La Quatrième Révolution Industrielle, représentée par l’Internet des objets (IoT), les systèmes cyber-physiques et l’intelligence artificielle (IA), connaît une croissance rapide. Cette expansion met en lumière l’importance des technologies de batteries comme source d’énergie pour ces plateformes.

Les technologies de batteries actuelles présentent des limitations, notamment le coût croissant des matières premières comme le lithium et le nickel, les problèmes de sécurité liés à la génération de chaleur et la durabilité, ainsi que les performances limitées des batteries secondaires.

Intérêt croissant pour les cellules betavoltaïques

Les cellules betavoltaïques suscitent un intérêt croissant en tant que batteries de nouvelle génération. Ces dispositifs génèrent de l’énergie lorsque les électrons des rayons bêta émis par des radioisotopes (comme le carbone, le nickel et l’hydrogène) frappent un semi-conducteur, qui agit comme un absorbeur de radiation.

Les cellules betavoltaïques présentent plusieurs avantages majeurs : elles peuvent générer de l’énergie de manière autonome sans nécessiter de sources d’énergie externes ni de remplacement, et elles ont une durée de vie semi-permanente grâce à la longue demi-vie des radio-isotopes. De plus, les rayons bêta, qui sont la principale source d’énergie des cellules betavoltaïques, sont moins dangereux pour le corps humain que les rayons gamma et sont très stables.

Développement de cellules betavoltaïques à double site

Dans ce contexte, l’équipe de recherche dirigée par Su-il In au DGIST a mené une étude pour développer des cellules betavoltaïques à la fois compétitives en termes de prix et efficaces. Plutôt que d’utiliser des matériaux semi-conducteurs coûteux comme absorbeurs de radiation, l’équipe de Lee a utilisé le colorant N719, qui appartient au groupe du ruthénium (Ru), l’isotope radioactif acide citrique-14 (14CA) et le dioxyde de titane (TiO2).

L’équipe a synthétisé l’acide citrique en nanoparticules d’isotope de carbone pour augmenter la densité énergétique et a ajouté l’acide citrique entre le colorant N719 et le dioxyde de titane pour former une liaison solide, permettant ainsi d’obtenir une conversion énergétique et une stabilité élevées.

Analyse des performances des nouvelles cellules

Les performances des cellules betavoltaïques sensibilisées par des isotopes radioactifs à double site ont été analysées par l’équipe de Lee. L’analyse a confirmé que les cellules généraient 658 500 fois plus d’électrons qu’elles n’en émettaient et pouvaient générer de l’énergie de manière stable pendant 100 heures.

Comparées aux cellules betavoltaïques développées par cette équipe en 2020, les nouvelles cellules ont vu leur efficacité de conversion énergétique augmenter de 6 fois et leur stabilité de 10 fois.

Le professeur Su-il In du DGIST a précisé : « Cette étude revêt une importance particulière car nous avons réussi à développer un nouveau type de cellule betavoltaïque basée sur un colorant peu coûteux. Nous allons mener des recherches de suivi sur la conception et la production en masse de batteries nucléaires pour commercialiser cette technologie à l’avenir. »

Article : « Multiple-year battery based on highly efficient and stable dual-site radioactive isotope dye-sensitized betavoltaic cell » – DOI: 10.1016/j.jpowsour.2024.234427

Cette étude a été financée par le Ministère des Sciences et des TIC, et ses résultats ont été publiés en ligne en avril dans le Journal of Power Sources, l’une des revues internationales les plus prestigieuses dans le domaine du génie électrique et électronique (premier auteur : Dr. Hongsoo Kim, doctorant diplômé du Département des sciences et technologies de l’énergie, et co-auteur : Sanghun Lee, étudiant de premier cycle au Collège des études transdisciplinaires).