Les batteries plus sûres et durables sont-elles enfin à portée de main ?

Ces batteries rechargeables, véritables piliers de notre quotidien, alimentent nos gadgets et stockent l'énergie des panneaux solaires et des éoliennes. Pourtant, leur adoption est limitée par des enjeux de sécurité, de longévité et de coût.

Une percée menée par le professeur Chanho Pak de l’Institut des Sciences et Technologies de Gwangju (GIST) en Corée du Sud, propose une solution innovante avec une batterie au zinc-brome sans écoulement (FLZBB).

Le secret de l'azote et du carbone mésoporeux

Au cœur de cette avancée se trouve une électrode spéciale : du feutre de graphite épaissi recouvert de carbone mésoporeux dopé à l’azote (NMC/GF). En termes simples, cette électrode utilise des petites cavités (mésopores) pour capturer les ions bromure lors du processus de charge. Cette capture est essentielle car elle empêche les ions de traverser la batterie, un problème connu sous le nom d'autodécharge, qui réduisait jusqu'alors la performance des batteries au zinc-brome.

En bloquant ce transfert, les chercheurs ont non seulement amélioré l'efficacité énergétique à 76 %, mais ont aussi atteint une impressionnante efficacité coulombique de 96 %, mesurant ainsi la conservation de l'énergie à chaque cycle de charge et de décharge. Imaginez un puits dont l'eau ne baisse quasiment pas, même après des milliers de seaux tirés, c'est l’essence de cette innovation.

Une longévité exceptionnelle

La caractéristique la plus impressionnante de cette nouvelle technologie est sans doute sa longévité. Ces batteries peuvent supporter plus de 10 000 cycles de charge, un chiffre exceptionnel dans le monde des batteries. Pour les utilisateurs, cela signifie moins de remplacement de batteries et donc, des économies à long terme, mais aussi une réduction des déchets électroniques.

Le professeur Chanho Pak, qui dirige cette recherche, souligne que cette avancée pourrait "accélérer le développement de systèmes de stockage d'énergie stables". En effet, la stabilité et la sécurité offertes par les FLZBB les rendent idéales pour une utilisation dans des systèmes de stockage à grande échelle, un besoin crucial dans notre transition vers des énergies renouvelables.

Technologie au zinc-brome vs lithium-ion

Les batteries au zinc-brome offrent une alternative plus sûre, durable et écologique par rapport aux batteries lithium-ion, avec des avantages notables.

• Sécurité supérieure : Les batteries au zinc-brome utilisent un électrolyte aqueux, ce qui les rend non inflammables. En comparaison, les batteries lithium-ion peuvent s'enflammer ou exploser en cas de court-circuit ou de surcharge, posant ainsi des risques de sécurité plus importants.

• Durabilité unique : Avec une capacité à supporter jusqu'à 10 000 cycles de charge et de décharge, les batteries au zinc-brome offrent une longévité bien supérieure à celle des batteries lithium-ion, qui sont généralement limitées à 500 à 2 000 cycles. Cette longévité accrue réduit la nécessité de remplacement fréquent et diminue la production de déchets électroniques.
• Impacts environnementaux réduits :
  • Les batteries au zinc-brome sont fabriquées à partir de matériaux plus abondants et moins coûteux, comme le zinc, le brome et le carbone. En revanche, les batteries lithium-ion dépendent de matériaux rares tels que le lithium, le cobalt et le nickel, dont l'extraction engendre des impacts écologiques et sociaux importants. La technologie au zinc-brome réduit ainsi les besoins en extraction minière et contribue à une gestion plus durable des ressources.

• Avantage économique : L'utilisation de matériaux comme le carbone mésoporeux dopé à l'azote est non seulement innovante mais aussi potentiellement plus abordable, rendant cette technologie accessible à un public plus large. Comme le souligne l’équipe de recherche, la prochaine étape consiste à développer ces batteries pour une production à grande échelle.

Avec cette innovation coréenne, nous pourrions bien assister à une transformation majeure de notre stockage et utilisation de l'énergie, vers un avenir où les énergies renouvelables prennent le dessus, soutenues par des technologies de stockage sûres et efficaces. Pour les utilisateurs et les industries, cela représente une baisse des coûts, une fiabilité améliorée, et un grand pas vers un monde plus écologique.

Références : Cho, Y., Kim, J. G., Kim, D. H., & Pak, C. (2024). Achieving unprecedented cyclability of flowless zinc-bromine battery by nitrogen-doped mesoporous carbon on thick graphite felt electrode. Chemical Engineering Journal, 490, 151538. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151538