À mesure que les sources d’énergie renouvelables deviennent plus efficaces et abordables à adopter, il est essentiel de s’assurer que tout excédent d’énergie généré est correctement stocké pour une utilisation future afin d’éviter le gaspillage d’énergie. C’est là qu’une nouvelle technologie de batterie oxygène-ion entre en jeu, représentant un élément essentiel dans la transition vers des sources d’énergie plus propres.
Des chercheurs de l’Université Technologique de Vienne (Autriche) ont récemment conçu un nouveau type de technologie de batterie – la batterie oxygène-ion – qui devrait révolutionner le stockage de l’énergie. Cette technologie révolutionnaire est unique en ce sens qu’elle ne dépend pas de matériaux de terres rares tout en offrant des caractéristiques avancées de durabilité et de sécurité.
Publié dans la revue Advanced Energy Materials, l’équipe de TU Wien décrit les caractéristiques uniques de la technologie des batteries oxygène-ion. La batterie a le potentiel pour être utilisée dans de grands systèmes de stockage d’énergie pour stocker l’énergie électrique excédentaire provenant de sources renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne.
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Solutions céramiques oxygène-ion
Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont l’option la plus populaire dans le paysage technologique. Des smartphones aux véhicules électriques, les batteries Li-ion sont aux commandes en matière de technologie de batterie.
Cependant, ces batteries présentent certains risques et défis, en particulier lorsqu’elles échouent. Dans de telles circonstances, les batteries Li-ion deviennent un risque majeur d’incendie ou d’explosion et, par conséquent, elles souffrent d’une diminution progressive de la capacité de stockage au fil du temps.
D’autre part, la batterie oxygène-ion utilise des matériaux céramiques pour absorber et libérer les ions oxygène.
Le principe de base est en fait très similaire à la batterie lithium-ion… Mais nos matériaux présentent des avantages importants. » Professeur Jürgen Fleig, TU Wien.
Lors de l’application d’une tension électrique, les ions oxygène peuvent passer d’un matériau céramique à un autre ; par la suite, ils peuvent revenir au matériau céramique d’origine, générant un courant électrique.
En raison de leurs propriétés ignifuges, les céramiques sont également essentielles pour améliorer la sécurité des batteries et minimiser les risques d’incendie. De plus, comme les éléments de terres rares ne sont pas une caractéristique des batteries oxygène-ion, non seulement les coûts sont réduits, mais les méthodes d’extraction nocives pour l’environnement sont également éliminées du processus de production.
A cet égard, l’utilisation de matériaux céramiques est un grand avantage car ils s’adaptent très bien… Vous pouvez remplacer certains éléments difficiles à obtenir par d’autres relativement facilement. » Dr Tobias Huber, TU Wien.
La longévité des batteries oxygène-ion
Le principal avantage des batteries oxygène-ion par rapport aux batteries Li-ion est sa longévité.
Dans de nombreuses batteries, vous avez le problème qu’à un moment donné les porteurs de charge ne peuvent plus bouger… Ensuite, ils ne peuvent plus être utilisés pour générer de l’électricité, la capacité de la batterie diminue. Après de nombreux cycles de charge, cela peut devenir un problème sérieux. » Alexander Schmid, TU Vienne.
Comme les batteries Li-ion ont tendance à diminuer en termes de capacité de stockage à chaque cycle de charge, les batteries oxygène-ion peuvent être régénérées en utilisant de l’oxygène dans l’air ambiant pour compenser toute perte de niveaux d’oxygène de la batterie.
Actuellement, les batteries Li-ion offrent de meilleurs rendements en termes de densités d’énergie par rapport aux batteries oxygène-ion révolutionnaires. Cependant, pour ce projet, l’équipe de TU Wien s’est davantage concentrée sur l’amélioration de la durée de vie et de la sécurité des batteries pour les solutions de stockage d’énergie à long terme.
De plus, cette technologie de batterie innovante peut fonctionner à des températures élevées, de 200 °C à 400 °C, ce qui ouvre un potentiel d’application supplémentaire dans certains domaines où les technologies de batterie existantes sont insuffisantes en termes de fonctionnement et de sécurité.
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 particulièrement importants : la longue durée de vie, la possibilité de produire de grandes quantités de ces matériaux sans éléments rares, et le fait qu’il n’y a aucun risque d’incendie avec ces batteries » explique Alexander Schmid.
Alors que les batteries oxygène-ion ne devraient pas dépasser le potentiel actuel des batteries Li-ion en termes d’alimentation des appareils électroniques et des véhicules électriques de tous les jours, la technologie pourrait s’avérer d’une valeur extrême lors de la capture de l’énergie excédentaire produite par les parcs éoliens et solaires.
Les chercheurs de TU Wien ont depuis déposé un brevet pour la technologie en coopération avec des partenaires de travail en Espagne et continueront d’étudier la portée du potentiel d’application et d’améliorer la technologie.
(Source)
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Références et lectures complémentaires :
Nouvelle invention : La batterie oxygène-ion (2023) Nouvelle invention : La batterie oxygène-ion | TU Vienne . Disponible sur : https://www.tuwien.at/en/tu-wien/news/news-articles/news/neue-erfindung-die-sauerstoff-ionen-batterie
Schmid, A., Krammer, M. et Fleig, J. (2023) « Batteries oxyde-ion rechargeables basées sur des électrodes d’oxyde conductrices mixtes », Advanced Energy Materials , 13(11), p. 2203789. Disponible sur : https://doi.org/10.1002/aenm.202203789.
