La nouvelle batterie à hydrogène peut fonctionner quatre fois plus froide qu’auparavant, ce qui signifie des batteries EV plus denses et plus durables

Les futures voitures électriques pourraient abandonner batteries lithium-iongrâce à une nouvelle avancée dans le stockage de l’énergie hydrogène à des températures bien plus basses que ce qui était auparavant possible.

Des chercheurs de l’Institut des sciences de Tokyo ont créé une batterie à hydrogène qui utilise de l’hydrure de magnésium comme anode et de l’hydrogène gazeux comme cathode, ainsi qu’un électrolyte solide doté d’une structure cristalline.

Dans une étude publiée le 18 septembre dans la revue Scienceles scientifiques ont noté que cette batterie peut fonctionner à 194 degrés F (90 degrés C), plutôt qu’aux températures de fonctionnement de 572 à 752 F (300 à 400 degrés C) nécessaires pour les méthodes actuelles de stockage d’hydrogène à l’état solide.

« Ces propriétés de notre batterie de stockage d’hydrogène étaient auparavant inaccessibles grâce aux méthodes thermiques conventionnelles ou aux électrolytes liquides, offrant une base pour des systèmes de stockage d’hydrogène efficaces pouvant être utilisés comme vecteurs d’énergie », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Takashi Hiroseprofesseur agrégé à l’Institut de recherche chimique (ICR) de l’Université de Kyoto, dans un déclaration.

Il existe déjà des batteries à hydrogène comportant des composants à l’état solide, tout comme les piles à combustible à hydrogène. Les premières, cependant, nécessitent des températures de fonctionnement élevées, tandis que les secondes ont du mal à être aussi efficaces que les batteries lithium-ion, ainsi qu’à stocker l’hydrogène gazeux sous haute pression. Mais avec cette nouvelle batterie à hydrogène, les scientifiques ont atteint la pleine capacité théorique de stockage du MgH.² anode et conductivité ionique élevée à température ambiante.

Base solide

Le cœur de cette batterie à hydrogène réside dans son électrolyte solide. Formé d’hydrure de baryum, de calcium et de sodium, l’électrolyte possède une structure cristalline qui offre à la fois une stabilité électrochimique élevée et une conductivité ionique élevée, en particulier lorsqu’il s’agit d’ions hydrogène, à des températures relativement basses.

En fonctionnement, la batterie fonctionne un peu comme une batterie lithium-ion, sauf qu’au lieu d’ions chargés positivement se déplaçant à travers l’électrolyte, cette nouvelle batterie utilise des ions hydrure qui portent une charge négative et peuvent traverser sa structure cristalline.

Lors de la fourniture d’énergie (décharge), l’hydrogène gazeux dans la cathode subit une réaction chimique qui le réduit en ions hydrure qui se déplacent à travers l’électrolyte jusqu’à l’anode en magnésium, où ils s’oxydent pour former du MgH.². Dans cet état, des réactions d’oxydo-réduction (redox) ont lieu, provoquant une perte d’électrons de l’anode chargée négativement. Ceux-ci circulent à travers un circuit externe jusqu’à la cathode, qui a désormais une charge nette positive et, ce faisant, alimente les appareils ou systèmes connectés.

L’inverse se produit lors de la charge, avec une source d’alimentation externe invoquant le redox. Ici, le MgH² L’anode libère des ions hydrure qui traversent l’électrode pour ensuite être oxydés au niveau de l’électrode à hydrogène pour former de l’hydrogène gazeux. En tant que tel, les électrons proviennent du H² électrode à celle de Mg jusqu’à ce que la réaction de réduction ne puisse plus se produire, ce qui signifie que la batterie est dans un état complètement chargé.

Avec cette conception de batterie, l’hydrogène gazeux peut être stocké et libéré sur demande dans une cellule à semi-conducteurs, d’une capacité de 2 030 mAh par gramme (pour référence, les batteries lithium-ion ont tendance à avoir une capacité de 154 à 203 mAh par grammetandis que certains des meilleurs téléphones ont des capacités de batterie lithium-ion de 5 000 mAh pour la cellule entière).

Bien que la température de fonctionnement se situe juste en dessous du point d’ébullition de l’eau, ce qui signifie qu’une telle batterie n’est pas prête à être utilisée dans des appareils électroniques quotidiens comme les smartphones ou les ordinateurs portables, elle pourrait ouvrir la voie à un stockage d’hydrogène plus efficace et plus facile. Ceci, à son tour, pourrait amener les véhicules électriques à adopter des batteries à hydrogène plutôt que des batteries lithium-ion, qui sont lourdes et souffrent de dégradation ainsi que d’une baisse d’efficacité au cours de leur durée de vie.

Un meilleur stockage de l’hydrogène sans avoir besoin de systèmes à haute pression, d’un refroidissement extrême ou de températures de fonctionnement élevées pourrait ouvrir davantage l’utilisation de l’hydrogène comme source d’énergie verte. En effet, leur empreinte carbone pourrait être inférieure à celle des combustibles fossiles et des systèmes électriques actuels à base d’hydrogène.

L’hydrogène a souvent été présenté comme l’un des moyens de transition vers une énergie verte, même si sa production, son stockage et son utilisation dans les systèmes de distribution d’électricité restent une activité de niche. Si elle est développée et mise en production, cette percée dans le domaine des batteries pourrait continuer à propulser l’hydrogène comme carburant du futur.