Des batteries d’eau recyclables sans risque d’incendie : une capacité impressionnante et une durée de vie prolongée selon des scientifiques.

Concept de batterie à flux liquide avancé futuriste

Des chercheurs ont développé des « batteries d’eau » innovantes offrant une alternative sans danger et recyclable aux batteries lithium-ion pour le stockage d’énergie à grande échelle. Ces batteries aqueuses aux ions métalliques utilisent de l’eau au lieu d’électrolytes inflammables, évitant ainsi les risques d’incendie. Leur conception durable facilite le démontage pour réutilisation ou recyclage des matériaux. Les avancées significatives incluent la résolution de la croissance dendritique, l’extension de la durée de vie de la batterie et l’obtention de densités d’énergie compétitives avec des applications potentielles dans le stockage en réseau et l’intégration des énergies renouvelables. Le succès du projet est soutenu par une collaboration mondiale et des partenariats industriels, signalant une direction prometteuse pour des solutions de stockage d’énergie plus sûres et plus efficaces. (Concept de l’artiste).

Une équipe mondiale de chercheurs et de collaborateurs de l’industrie dirigée par l’Université de RMIT a mis au point des « batteries d’eau » recyclables qui ne prendront pas feu ni n’exploseront.

Le stockage d’énergie par lithium-ion domine le marché en raison de sa maturité technologique, mais sa pertinence pour le stockage d’énergie en réseau à grande échelle est limitée par des soucis de sécurité dus aux matériaux volatils qu’il contient.

Le chercheur principal, le Professeur distingué Tianyi Ma, a déclaré que leurs batteries se trouvaient à la pointe d’un domaine émergent de dispositifs de stockage d’énergie aqueux, avec des avancées qui améliorent significativement les performances et la durée de vie de la technologie.

« Ce que nous concevons et fabriquons sont appelés batteries d’eau aux ions métalliques – ou nous pouvons les appeler batteries d’eau », a déclaré Ma, de l’école des sciences de RMIT.

L’équipe utilise de l’eau pour remplacer les électrolytes organiques – qui permettent le passage du courant électrique entre les bornes positives et négatives – ce qui signifie que leurs batteries ne peuvent pas prendre feu ou exploser – contrairement à leurs homologues au lithium-ion.

« En abordant les défis de l’élimination en fin de vie que les consommateurs, l’industrie et les gouvernements du monde entier rencontrent avec la technologie de stockage d’énergie actuelle, nos batteries peuvent être démontées en toute sécurité et les matériaux peuvent être réutilisés ou recyclés », a déclaré Ma.

La simplicité des processus de fabrication de leurs batteries d’eau a contribué à rendre la production de masse réalisable, a-t-il ajouté.

« Nous utilisons des matériaux tels que le magnésium et le zinc qui sont abondants dans la nature, peu coûteux et moins toxiques que les alternatives utilisées dans d’autres types de batteries, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication et de réduire les risques pour la santé humaine et l’environnement. »

Quel est le potentiel de stockage d’énergie et de cycle de vie ?

L’équipe a réalisé une série de petites batteries d’essai pour de nombreuses études évaluées par des pairs afin de résoudre divers défis technologiques, notamment l’augmentation de la capacité de stockage d’énergie et la durée de vie.

Dans leur dernier travail, publié dans Advanced Materials, ils ont triomphé d’un défi majeur – la croissance de dendrites perturbatrices, qui sont des formations métalliques pointues pouvant entraîner des courts-circuits et d’autres défauts graves.

L’équipe a revêtu les parties de la batterie affectées avec un métal appelé bismuth et son oxyde (également connu sous le nom de rouille) en tant que couche protectrice pour empêcher la formation de dendrites.

Le résultat ?

« Nos batteries durent désormais significativement plus longtemps – comparables aux batteries lithium-ion commerciales du marché – ce qui les rend idéales pour une utilisation intensive et à haute vitesse dans des applications réelles. Avec une capacité impressionnante et une durée de vie prolongée, nous avons non seulement avancé dans la technologie des batteries mais avons également intégré avec succès notre conception avec des panneaux solaires, démontrant un stockage d’énergie renouvelable efficace et stable. »

La batterie d’eau de l’équipe comble le fossé avec la technologie lithium-ion en termes de densité d’énergie, dans le but d’utiliser le moins d’espace possible par unité de puissance. « Nous avons récemment fabriqué une batterie d’eau au magnésium avec une densité d’énergie de 75 watt-heures par kilogramme (Wh kg-1) – jusqu’à 30 % de celle des dernières batteries de voiture Tesla. »

Tianyi Ma and Lingfeng Zhu

Professeur distingué Tianyi Ma (à gauche) et Dr Lingfeng Zhu à l’Université de RMIT avec la batterie d’eau de l’équipe. Crédit : Carelle Mulawa-Richards, Université de RMIT

Cette recherche est publiée dans Small Structures.

« La prochaine étape est d’augmenter la densité d’énergie de nos batteries d’eau en développant de nouveaux nanomatériaux en tant que matériaux d’électrode. »

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

« Les batteries d’eau au magnésium ont le potentiel de remplacer les batteries au plomb à court terme – comme un à trois ans – et de remplacer éventuellement les batteries lithium-ion à long terme, d’ici 5 à 10 ans. Le magnésium est plus léger que les autres métaux alternatifs, y compris le zinc et le nickel, a une plus grande densité énergétique potentielle, et permettra des batteries avec des temps de charge plus rapides et une meilleure capacité à prendre en charge des appareils et applications énergivores. »

Applications potentielles

Ma a déclaré que les batteries de l’équipe étaient bien adaptées pour des applications à grande échelle, ce qui les rend idéales pour le stockage en réseau et l’intégration des énergies renouvelables – surtout en termes de considérations de sécurité.

« 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 des particuliers et des appareils de divertissement pourraient devenir une réalité. »

Technologie appuyée par la recherche évaluée par des pairs, le financement gouvernemental et l’engagement de l’industrie

Dans le cadre d’un projet de liaison de l’ARC, l’équipe de Ma développe continuellement ses batteries d’eau en collaboration avec le partenaire de l’industrie, GrapheneX, un innovateur technologique basé à Sydney.

« Nous collaborons également étroitement avec des chercheurs et des experts de renommée des universités et des institutions de recherche en Australie, aux États-Unis, au Royaume-Uni, au Japon, à Singapour, en Chine et ailleurs. Ces collaborations facilitent l’échange de connaissances et l’accès à des installations de pointe. En tirant parti de l’expertise de cette équipe mondiale dans différents domaines, nous pouvons aborder les défis complexes sous différents angles. »