Une nouvelle pile à eau pourrait durer jusqu’au XXIVe siècle et peut être jetée sans danger dans l’environnement. L’absence d’éléments toxiques à éliminer, grâce à sa conception innovante de batterie aqueuse, pourrait considérablement améliorer la sécurité et la durée de vie des systèmes de stockage d’énergie par batterie.
Des chercheurs chinois ont mis au point une formule pour une « batterie aqueuse » non toxique qui, selon eux, pourrait durer dix fois plus longtemps que les meilleurs appareils actuels. De plus, cette batterie à eau atteint cette durée de vie exceptionnelle sans se dégrader et peut être éliminée sans danger pour l’environnement, comme l’indique l’équipe dans une nouvelle étude.
Pour cette nouvelle méthode, les chercheurs ont utilisé des polymères organiques covalents (POC) de synthèse. Ces molécules organiques robustes, comme l’azote et le carbone, sont liées entre elles au sein d’une structure compacte présentant des ouvertures bien définies et servent d’ anode pour les ions magnésium et calcium.
Les polymères organiques de ce type sont peu utilisés dans les batteries aqueuses car leur durée de vie est généralement courte ; ils se décomposent rapidement dans les électrolytes aqueux présents dans ce type de batterie, qui peuvent être extrêmement acides ou extrêmement alcalins. L’électrolyte est essentiel au transfert des ions entre l’anode et la cathode, ce qui explique pourquoi les batteries aqueuses constituent une alternative ininflammable et plus abordable aux batteries traditionnelles.
Dans l’étude, publiée le 18 février dans la revue Nature Communications, les chercheurs ont découvert un composé spécifique (hexacétone-tétraaminodibenzo-p-dioxine) qui combine un carbonyle à haute densité — idéal pour attirer les ions positifs — avec une molécule rigide de tétraaminodibenzo-p-dioxine qui maintient l’hexacétone dans sa structure plate en nid d’abeille.
Les électrolytes neutres utilisés dans cette recherche, avec un pH de 7,0, assurent une conduction ionique très efficace. Associés à une structure soigneusement optimisée, ils permettent d’éviter la corrosion de ce COP.
Les chercheurs affirment que ces polymères pourraient supporter 120 000 cycles de charge, soit plus de dix fois la durée de vie d’une batterie lithium-ion classique utilisée pour le stockage d’énergie sur le réseau, selon les données de l’ Energy Sustainability Directory . Les batteries utilisées sur le réseau effectuaient en moyenne 1,1 cycle par jour en 2024. À ce rythme, cette batterie aqueuse pourrait durer environ 300 ans avant de devoir être remplacée.
Les chercheurs ont également indiqué que les électrolytes utilisés dans la nouvelle batterie sont si sûrs qu’ils peuvent être utilisés comme saumure de tofu, c’est-à-dire non toxiques et faciles à éliminer directement dans l’environnement.
Avantages des batteries aqueuses
Les batteries aqueuses sont particulièrement prisées pour le stockage d’énergie à grande échelle, comme les grands systèmes de stockage d’énergie par batteries, en raison de leurs propriétés ininflammables et de leur faible coût initial.
Mais elles présentent aussi des inconvénients. Les batteries aqueuses ne stockent pas autant d’énergie que les batteries Li-ion classiques ou les dispositifs sodium-ion (Na-ion) car les électrodes à base d’eau limitent la tension maximale.
Les batteries aqueuses se dégradent également avec le temps, car le pH extrême de l’électrolyte provoque la formation d’hydrogène et d’oxygène gazeux, corrodant les éléments métalliques de la batterie. Ce phénomène, appelé décomposition de l’électrolyte, peut même entraîner des explosions dans des cas extrêmes. Cette limitation – un compromis entre sécurité et capacité énergétique – est généralement surmontée en concevant des systèmes de stockage d’énergie par batteries aqueuses de plus grande capacité.
De plus, la solution aqueuse utilisée dans les batteries est souvent toxique et doit être éliminée avec précaution. Cela représente un risque environnemental potentiel en cas d’accident susceptible d’exposer les batteries à des éléments non isolés, et augmente les coûts liés à la maintenance et à la sécurité des systèmes de stockage d’énergie par batteries aqueuses.
Dans une étude de 2023 publiée dans la revue Nature, des scientifiques ont cité le coût élevé, l’épuisement des ressources et la toxicité environnementale comme des inconvénients particuliers des batteries aqueuses.
Dans ce contexte, l’épuisement fait référence à la réduction progressive de la capacité et de l’efficacité de la batterie au fil du temps – un problème bien connu de tous ceux qui conservent le même smartphone pendant plus de quelques années.
Cette dernière avancée vise à remédier à ces lacunes grâce à une composition chimique à la fois non toxique et très efficace sur le long terme, ce qui permet d’allonger considérablement la durée de vie de la batterie et de réduire les complications liées à son élimination.
Adaptation Terra Projects
Source : https://www.livescience.com/
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