Des chercheurs ont conçu une batterie à eau offrant des avantages significatifs en matière de sécurité et d’impact environnemental, par rapport aux batteries lithium-ion. Selon eux, si les progrès se poursuivent, ce type de dispositif pourrait devenir un concurrent de taille sur le marché, d’ici une dizaine d’années.
Étant l’un des principaux composants des batteries, l’électrolyte permet aux ions de circuler entre les deux électrodes au cours de la charge et de la décharge. Les batteries lithium-ion utilisent par exemple des sels de lithium dissous dans des solvants organiques comme substance électrolytique, tandis que les batteries au plomb-acide contiennent de l’acide sulfurique.
Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Advanced Materials, des chercheurs de l’Université de RMIT (Royal Melbourne Institute of Technology) en Australie détaillent la conception d’un accumulateur utilisant un mélange d’eau et de sel comme électrolyte.
Ce type de dispositif est communément appelé « batterie à eau », ou de façon plus technique, « batterie aqueuse métal-ion ». Elle utilise des métaux tels que le zinc ou le magnésium comme électrodes. L’équipe de recherche du RMIT a précédemment développé des prototypes de batteries à eau peu efficaces, de la taille d’une pièce de monnaie. Mais dans le cadre de cette étude (et probablement d’autres à venir), ils visaient à surpasser en tout point les batteries actuellement sur le marché : sécurité, coût de production, performances et impacts environnementaux.
Des batteries plus sures ?
Récemment, les chercheurs du RMIT sont parvenus à résoudre un problème de sécurité persistant dans les batteries : la formation de dendrites. Ce sont de petites structures métalliques filiformes qui peuvent se former sur l’anode, au cours des cycles de charge et de décharge. Ces dendrites peuvent croître suffisamment pour traverser l’espace entre l’anode et la cathode. Si elles atteignent la cathode, elles provoquent un court-circuit à l’intérieur de la batterie. Cela entraîne une baisse significative des performances, des risques de surchauffe et, dans le pire des cas, d’explosion.
Pour pallier ce problème, les chercheurs ont appliqué un revêtement de bismuth (un métal fragile et mauvais conducteur) sur l’anode en zinc de la batterie. L’élément s’oxyde rapidement pour former une sorte de rouille. Cette oxydation du bismuth produit une couche protectrice sur l’anode, qui agit comme une barrière empêchant les dendrites de zinc de se former. En bref, les chercheurs ont trouvé une technique ingénieuse permettant de réduire le risque de court-circuit et de perte de performance.
Une alternative aux batteries lithium-ion ?
Les chercheurs s’efforcent de concevoir des batteries qui, non seulement sont plus sûres, mais offrent également des capacités comparables aux batteries lithium-ion en matière de capacité, de durée de vie et de densité énergétique. Jusqu’ici, les essais ont montré que les batteries peuvent conserver plus de 85 % de leur capacité initiale après 500 cycles.
L’équipe travaille également sur la densité énergétique des batteries à eau. Si elle parvient à l’augmenter, elles pourraient enfin rivaliser avec les batteries lithium-ion. Les auteurs de l’étude vont même jusqu’à affirmer qu’elles pourraient « potentiellement remplacer les batteries lithium-ion à long terme, dans 5 à 10 ans».
Concernant le recyclage, les batteries à eau conçues par le RMIT peuvent être facilement démontées, et les matériaux qu’elles contiennent sont recyclables. En comparaison, le recyclage des batteries lithium-ion présente des défis considérables, notamment en raison de la complexité de leur composition et des préoccupations environnementales et sanitaires liées aux matériaux toxiques des composants.