Des chercheurs chinois créent une batterie aqueuse écologique et durable

Un électrolyte neutre au cœur

La conception repose sur un électrolyte à pH neutre composé de sels de magnésium et de calcium. Cette approche diffère des chimies aqueuses classiques des batteries, qui utilisent souvent des solutions fortement acides ou alcalines. Ces solutions corrodent les électrodes et finissent par les dégrader. L'électrolyte neutre, avec son pH de 7, proche de celui de l'eau pure, évite ces deux problèmes.

L'association de cet électrolyte avec le matériau d'électrode adéquat constituait le principal défi. L'équipe a mis au point une électrode en polymère organique covalent, conçue pour accueillir les ions magnésium et calcium. Ce polymère présente une structure moléculaire rigide en nid d'abeille, qui stabilise le composé actif et le protège de la dégradation en milieu aqueux. Lors des tests, la cellule a délivré une capacité spécifique de 112.8 milliampères-heures par gramme.

Allégations de longévité et leur signification

Les chercheurs affirment qu'à un rythme de cycles quotidien, la durée de vie opérationnelle de la batterie pourrait se compter en siècles. Live Science a rapporté que cette durée pourrait atteindre le XXIVe siècle. Ce chiffre doit être nuancé. Les cycles de charge et de décharge effectués en laboratoire ne reflètent pas toujours fidèlement les conditions réelles. Les variations de température, les fluctuations de charge et les contraintes physiques liées aux installations sur le terrain introduisent autant de variables que les tests en laboratoire ne permettent pas de reproduire intégralement.

Le chiffre de 120 000 cycles constitue, en soi, un résultat remarquable. La plupart des batteries lithium-ion commerciales se dégradent significativement après 2 000 à 4 000 cycles. Même les cellules lithium-fer-phosphate destinées au réseau électrique fonctionnent généralement entre 3 000 et 6 000 cycles avant une perte de capacité notable. L’écart entre ces chiffres et 120 000 est important. Une vérification indépendante de ce résultat reste à publier.

La question de l'élimination des batteries mérite également d'être examinée. Les auteurs affirment que la composition chimique de l'électrolyte est suffisamment sûre pour un rejet direct dans l'environnement. Il s'agit d'une affirmation audacieuse. Les cadres réglementaires au Royaume-Uni, aux États-Unis et dans l'Union européenne fixent des seuils stricts pour l'élimination des batteries. Il faudrait procéder à des tests environnementaux indépendants pour vérifier si cette composition chimique respecte ces seuils en pratique.

Là où les batteries aqueuses ont rencontré des difficultés

Les batteries aqueuses suscitent un intérêt constant chez les développeurs de systèmes de stockage d'énergie sur réseau. Elles ne présentent aucun risque d'incendie. Leur fabrication peut s'avérer moins coûteuse que celle des systèmes lithium-ion. Les électrolytes à base d'eau sont largement disponibles et faciles à manipuler.

Les compromis sont toutefois bien réels. La densité énergétique des systèmes aqueux est inférieure à celle des batteries lithium-ion. La corrosion des électrodes a réduit la durée de vie de nombreux dispositifs. Les publications scientifiques parues dans Energy Storage Materials ont documenté ces limitations en détail. Celles-ci ont freiné leur adoption commerciale, malgré la croissance de la demande de stockage sur réseau.

La nouvelle conception vise à réduire ces compromis. L'électrolyte neutre s'attaque directement à la corrosion. L'électrode polymère, quant à elle, limite la dégradation. L'article publié ne permet pas encore de déterminer si cette combinaison est efficace à grande échelle, sur différentes plages de températures et dans des conditions réelles de réseau électrique.

Demande de stockage sur réseau et contexte plus large

Le stockage d'énergie par batteries à grande échelle est devenu une priorité dans la planification des énergies propres. L'Agence internationale de l'énergie a maintes fois souligné que la capacité de stockage constitue une contrainte majeure pour l'intégration des énergies renouvelables. La production éolienne et solaire est intermittente ; le stockage permet d'atténuer cette intermittence. Les batteries lithium-ion dominent les installations actuelles, mais les problèmes d'approvisionnement, le coût des matières premières et les risques d'incendie maintiennent l'intérêt pour les alternatives.

Les systèmes aqueux, les batteries à flux et le stockage d'air comprimé ont tous suscité l'intérêt des investisseurs et des chercheurs. Chacun présente des profils de coût et de performance différents. Une batterie offrant une très longue durée de vie et un faible impact environnemental permettrait de répondre à deux des préoccupations commerciales les plus persistantes du secteur.

Les travaux de l'équipe chinoise sont encore à un stade préliminaire. La publication dans Nature Communications indique que la méthodologie a passé avec succès l'examen d'experts. Elle ne confirme cependant pas sa viabilité commerciale.

Que ce passe t-il après

Le passage à l'échelle industrielle constitue la prochaine étape. La complexité technique des cellules de laboratoire et des installations à l'échelle du réseau diffère considérablement. L'électrode en polymère organique covalent devra être produite en grande quantité. Le coût par kilowattheure à grande échelle n'est pas précisé dans l'étude actuelle.

Les chercheurs n'ont annoncé ni partenaire commercial ni projet pilote. Aucun calendrier de déploiement n'est précisé dans les documents publiés. Les résultats sont suffisamment crédibles pour être suivis de près, mais il est trop tôt pour considérer le problème comme résolu.