Une percée scientifique rapproche les batteries »respirantes » au CO2 de la réalité

Des scientifiques de l’université du Surrey ont réalisé une percée dans le domaine des batteries écologiques qui non seulement stockent plus d’énergie, mais pourraient également contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Les batteries « respirantes » au lithium-CO₂ libèrent de l’énergie tout en capturant le dioxyde de carbone, offrant ainsi une alternative plus écologique qui pourrait un jour surpasser les batteries lithium-ion actuelles.

Jusqu’à présent, les batteries au lithium-CO₂ ont connu des problèmes d’efficacité : elles s’usent rapidement, ne se rechargent pas et dépendent de matériaux rares et coûteux tels que le platine. Toutefois, des chercheurs de Surrey ont trouvé un moyen de surmonter ces problèmes en utilisant un catalyseur peu coûteux appelé phosphomolybdate de césium (CPM). À l’aide d’une modélisation informatique et d’expériences en laboratoire, les tests ont montré que ce simple changement permettait à la batterie de stocker beaucoup plus d’énergie, de se charger avec beaucoup moins de puissance et de fonctionner pendant plus de 100 cycles.

L’étude, publiée dans Advanced Science, marque une étape prometteuse vers des applications réelles. Si elles sont commercialisées, ces batteries pourraient contribuer à réduire les émissions des véhicules et des sources industrielles. Les scientifiques imaginent même qu’elles pourraient fonctionner sur Mars, où l’atmosphère est composée à 95 % de CO₂.

« Il existe un besoin croissant de solutions de stockage de l’énergie qui soutiennent nos efforts en faveur de l’énergie renouvelable tout en s’attaquant à la menace croissante du changement climatique. Nos travaux sur les batteries au lithium-CO₂ pourraient changer la donne et faire de cette vision une réalité. L’un des plus grands défis posés par ces piles est ce que l’on appelle le « surpotentiel », c’est-à-dire l’énergie supplémentaire nécessaire pour déclencher la réaction. C’est un peu comme si vous deviez pédaler en amont avant de pouvoir pédaler en aval. Ce que nous avons démontré, c’est que le CPM aplanit cette pente, ce qui signifie que la batterie perd beaucoup moins d’énergie à chaque charge et décharge. » indique le Dr Siddharth Gadkari, maître de conférences en génie des procédés chimiques.

Pour comprendre pourquoi le CPM fonctionne si bien, les équipes de l’école de chimie et de génie chimique de Surrey et de l’Institut de technologie avancée ont utilisé deux approches. Tout d’abord, elles ont démonté la batterie après la charge et la décharge afin d’étudier les changements chimiques à l’intérieur. Ces tests post mortem ont révélé que le carbonate de lithium, le composé formé lorsque la batterie absorbe du CO₂, pouvait se former et s’éliminer de manière fiable – une caractéristique essentielle pour une utilisation à long terme.  Ils se sont ensuite tournés vers la modélisation informatique en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), qui permet aux chercheurs d’explorer la manière dont les réactions se déroulent à la surface du matériau. Les résultats ont montré que la structure stable et poreuse du CPM offrait une surface idéale pour des réactions chimiques clés.

« Ce qui est passionnant dans cette découverte, c’est qu’elle allie performance et simplicité. Nous avons montré qu’il est possible de construire des batteries lithium-CO₂ efficaces en utilisant des matériaux abordables et évolutifs, sans avoir besoin de métaux rares. Nos découvertes ouvrent également la voie à la conception de catalyseurs encore plus performants à l’avenir. » ajoute le Dr Daniel Commandeur, Surrey Future Fellow.

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la mise au point de matériaux de batteries encore plus performants, faciles à fabriquer et peu coûteux. En poursuivant les recherches sur la manière dont ces catalyseurs interagissent avec les électrodes et les électrolytes, les batteries au lithium-CO₂ pourraient devenir un moyen pratique et évolutif de stocker de l’énergie propre, tout en contribuant à réduire les émissions de carbone dans l’atmosphère.

Article : « Ultralow Overpotential in Rechargeable Li–CO2 Batteries Enabled by Caesium Phosphomolybdate as an Effective Redox Catalyst » – DOI : 10.1002/advs.202502553