L’Université du Maryland vient de marquer l’histoire des technologies de stockage d’énergie. Leur équipe de chercheurs a développé une batterie aquatique révolutionnaire capable de maintenir des performances stables au-delà de 2 000 cycles de charge et décharge. Cette percée technologique surmonte les obstacles traditionnels qui limitaient l’utilisation des batteries à base d’eau dans les applications haute performance.

Une révolution dans les électrolytes aqueux

Le principal défi des batteries à base d’eau a toujours été leur potentiel de réduction limité, traditionnellement plafonné à 1,3 V. Cette limitation réduisait considérablement leur densité énergétique et freinait leur adoption dans des secteurs exigeants. L’équipe dirigée par le professeur Wang Chunsheng a transformé cette équation en élargissant cette limite à 0,0 V, un saut technologique impressionnant.

« Nous tenons enfin la batterie la plus stable au monde », a déclaré Xiyue Zhang, chercheur postdoctoral et premier auteur de l’étude. L’innovation repose sur un système d’électrolytes en bi-couche aqueux/organiques sans membrane qui résout deux problèmes majeurs: la résistance d’interface et le mélange entre phases.

Les électrolytes aqueux présentent naturellement des avantages considérables en termes de sécurité et d’impact environnemental comparés aux solutions traditionnelles. Leur principal inconvénient était jusqu’à présent leur fenêtre de stabilité électrochimique étroite, limitant ainsi leur tension de fonctionnement et, en conséquence, leur densité énergétique.

Les tests ont démontré une durabilité exceptionnelle: après plus de 2 000 cycles, les batteries ont maintenu leurs performances sans dégradation significative. Cette longévité représente une avancée majeure pour les technologies de stockage d’énergie renouvelable qui nécessitent des solutions durables et fiables.

Innovation technique et défis surmontés

L’équipe de l’Université du Maryland a résolu les problèmes d’interface dans les électrolytes biphasés en utilisant des ionophores lithium spécifiques comme le 12-couronne-4 et le tétraglyme. Ces composés facilitent la formation de nanoclusters Li+(ionophore) dans les phases aqueuses et non-aqueuses, réduisant considérablement les problèmes de mélange et d’impédance.

Avant cette innovation, les électrolytes aqueux offraient une fenêtre de stabilité de 3,0 V mais restaient incompatibles avec les anodes en métal de lithium ou en graphite. Cette incompatibilité constituait un obstacle majeur à l’augmentation de la densité énergétique des batteries aqueuses.

Les recherches publiées dans Nature Nanotechnology révèlent que les électrolytes aqueux/non-aqueux souffraient auparavant de mélange biphasique et d’une impédance élevée lors du passage des ions lithium à travers l’interface biphasique. L’utilisation d’ionophores spécifiques a permis de surmonter ces défis techniques.

Cette percée ne se limite pas à repousser les frontières du développement des électrolytes aqueux; elle établit également une base théorique et technologique solide pour les futurs systèmes de stockage d’énergie haute performance.

Applications transformatives pour l’industrie énergétique

Les implications de cette technologie s’étendent bien au-delà du laboratoire. Le secteur de l’aviation électrique pourrait bénéficier d’une réduction significative du poids des batteries tout en augmentant leur autonomie, un facteur crucial pour la viabilité commerciale des aéronefs électriques.

Le stockage à grande échelle sur les réseaux électriques à faible émission de carbone représente un autre domaine d’application prometteur. La stabilité exceptionnelle de ces batteries les rend idéales pour équilibrer l’intermittence des sources d’énergie renouvelable comme l’éolien et le solaire.

Plus surprenant encore, cette technologie pourrait faciliter l’extraction du lithium à partir de l’eau de mer, améliorant l’efficacité et la durabilité des ressources en lithium. Cette perspective ouvre la voie à une chaîne d’approvisionnement plus écologique pour ce métal stratégique.

Les secteurs de l’énergie et des transports traversent actuellement une période de transformation rapide. Cette technologie de batterie aquatique pourrait jouer un rôle déterminant dans cette évolution, offrant des solutions de stockage d’énergie à la fois performantes, sécurisées et respectueuses de l’environnement.