Raphael Thys
L'invention récente d'un nouveau modèle de batterie oxygène-ion pourrait bientôt bousculer le marché du stockage d’énergie.
Les enjeux liés à l'énergie s'imposent chaque jour un peu plus. Une équipe de chercheurs Autrichiens a développé une batterie « oxygène-ion » innovante, plus propre et plus sûre, que le « lithium-ion ».
Des véhicules électriques aux téléphones portables, les batteries lithium sont devenues une technologie de référence. Très efficaces pour stocker l'énergie, elles présentent cependant de nombreux inconvénients. Mais selon un article publié dans la revue Advanced Energy Materials, l'invention récente d'un nouveau modèle de batterie « oxygène-ion » pourrait bientôt bousculer le marché du stockage d’énergie.
Le lithium, « le pétrole du 21e siècle »
En raison de ses performances, la batterie « lithium-ion » est le support de stockage d’énergie le plus performant actuellement disponible sur le marché. En effet, sa densité énergétique très élevée, permet d'emmagasiner une grande quantité d’énergie même dans un petit boîtier (3 à 4 fois plus d’énergie par unité de masse que les autres types de batteries). En outre, elle se recharge très rapidement et peut supporter de nombreux cycles (au moins 500 charges-décharges à 100 %). En revanche, elle présente trois inconvénients majeurs au premier rang desquels son fort impact environnemental, lié aux procédés d’extraction du lithium. Des méthodes très énergivores et grandes consommatrices d'eau qui se révèlent également très coûteuses. Autre désavantage : sa dégradation dans le temps qui a pour conséquence de diminuer sa capacité de stockage. Enfin, dernier point faible et non des moindres, son risque d’embrasement, avec dégagement de gaz toxiques. Mais bonne nouvelle, une équipe de chercheur de l'Université de technologie de Vienne (UT Wein) vient de développer une batterie « oxygène-ion » qui pourrait résoudre ces trois problèmes majeurs.
Une batterie durable et écologique ?
Selon les chercheurs la batterie « oxygène-ion » pourrait rivaliser avec les batteries au lithium, les inconvénients en moins. Bien qu'elle ne permette pas des densités d'énergie aussi élevées, contrairement aux batteries au lithium sa capacité de stockage ne diminue pas avec le temps, car elle peut être régénérée en utilisant de l’oxygène de l’air ambiant pour compenser toute perte de niveaux d’oxygène de la batterie.
Le modèle fabriqué par l'équipe de l'UT Wein a été réalisé à partir d'un matériau céramique appelé zircone. Alexander Schmid l’Institut des technologies chimiques et analytiques de l’Université technique de Vienne, explique ce choix : « Nous avons depuis longtemps une grande expérience des matériaux céramiques qui peuvent être utilisés pour les piles à combustible. Cela nous a donné l’idée d’étudier si ces matériaux pouvaient également convenir à la fabrication d’une batterie. » Selon les chercheurs le fonctionnement des batteries « oxygène-ion » est proche de celles au lithium, le risque d'incendie en moins. Le principe ? Lorsqu'une tension électrique est appliquée, les ions oxygène se déplacent d'un matériau céramique à un autre, créant un courant électrique. La céramique n’étant pas un matériau combustible (propriétés ignifuges), les risques d'incendies sont donc « pratiquement exclus ».
Mais surtout, la batterie « oxygène-ion » se passe de lithium, une caractéristique qui lui confère un caractère écologique majeur et qui permettrait en outre de réduire les coûts de fabrication. Toutefois, le prototype de l'équipe autrichienne utilise tout de même du lanthane, un métal qui n’est « ni rare ni abondant » selon les chercheurs. Un élément facilement remplaçable indique Tobias Huber, membre de l'équipe de chercheurs, qui a déclaré que des recherches étaient d’ores et déjà en cours pour lui trouver un substitut.
Révolutionner le stockage de l'énergie ?
En raison de sa faible densité énergétique (un tiers de la densité énergétique des batteries lithium-ion) la technologie des batteries « oxygène-ion » n'est pas destinée aux smartphones, ordinateurs portables ou encore aux voitures électriques. En revanche, elle pourrait s'avérer très utile pour stocker de l'énergie électrique excédentaire provenant de sources renouvelables (parcs éoliens et solaires). « Si vous construisez un bâtiment entier rempli de modules de stockage d'énergie, la densité d'énergie plus faible et l'augmentation de la température de fonctionnement ne jouent pas un rôle décisif. Mais les points forts de notre batterie y seraient importants » a indiqué Alexander Schmid auteur de l'étude.
Compte tenu de ces nombreux avantages les chercheurs de l'Université de technologie de Vienne souhaitent très rapidement faire sortir leur innovation des laboratoires. Une demande de brevet a d’ores et déjà été déposée.