En Chine et à Hong Kong, une équipe scientifique teste une piste de stockage électrique fondée sur de l’eau et des sels courants.
Rapportée par le média scientifique ZME Science, cette recherche porte sur une batterie aqueuse dont l’électrolyte associe des sels de magnésium et de calcium. Sa composition rappelle les saumures utilisées pour faire coaguler le tofu. Les essais en laboratoire affichent une endurance rare, même si cette technologie reste encore loin d’une commercialisation.
Une batterie pensée pour le réseau électrique
Les batteries lithium-ion dominent les téléphones, les ordinateurs et les voitures électriques. Elles concentrent beaucoup d’énergie dans un volume limité, ce qui constitue un avantage décisif pour les objets mobiles. Le stockage stationnaire répond à une autre logique.
Près d’un parc solaire, d’une éolienne, d’une usine ou d’un poste électrique, l’encombrement pèse moins lourd. Une batterie destinée au réseau doit surtout fonctionner longtemps, résister à un grand nombre de charges et de décharges, rester sûre et pouvoir être entretenue à grande échelle.
Ce besoin s’accroît avec les énergies renouvelables. Les panneaux solaires produisent principalement pendant la journée, alors que la demande électrique varie selon les heures. L’éolien dépend aussi des conditions météorologiques. Le stockage permet de garder une partie de l’électricité produite pour la restituer plus tard.
La promesse de cette batterie n’est pas de remplacer celle d’un téléphone, mais d’offrir une solution durable pour stocker l’électricité sur des sites fixes.
Les batteries à électrolyte aqueux attirent les chercheurs car l’eau ne s’enflamme pas. Les systèmes existants peuvent toutefois utiliser des liquides très acides ou très alcalins. Ces milieux favorisent la corrosion, certaines réactions parasites et la formation de gaz, autant de phénomènes qui raccourcissent la durée de vie des appareils.
Des sels proches de ceux utilisés pour le tofu
L’équipe a choisi un électrolyte neutre, avec un pH proche de 7, composé d’eau et de sels de magnésium et de calcium. Ces éléments sont abondants et leur usage évite les solvants organiques inflammables employés dans nombre de batteries classiques.
Les auteurs de l’étude, publiée dans Nature Communications, soulignent que ces électrolytes présentent un faible risque environnemental et peuvent correspondre à des saumures mobilisées dans la production de tofu. Il ne s’agit pas d’utiliser directement des bains alimentaires dans des installations électriques : la comparaison illustre surtout la nature relativement simple de la chimie employée.
Le défi ne se limite pas au liquide qui transporte les ions. Les électrodes doivent aussi capter puis relâcher ces particules chargées sans se dégrader. C’est souvent à ce stade que les batteries aqueuses rencontrent leurs limites.
Un polymère poreux au cœur de l’expérience
Pour l’électrode négative, les chercheurs ont fabriqué trois polymères organiques covalents. Ces matériaux forment des structures rigides et poreuses, riches en carbone. Leurs cavités et leurs sites chimiques peuvent accueillir les ions durant le fonctionnement de la batterie.
L’un des matériaux, nommé Hex-TADD-COP, a obtenu les résultats les plus solides. Sa structure facilite les mouvements d’ions et aide à réduire la tension de fonctionnement de l’électrode. Lors de la décharge, les ions de magnésium et de calcium se fixent sur le polymère. Lors de la recharge, ils s’en détachent.
- L’électrolyte repose sur de l’eau et des sels de magnésium et de calcium.
- Le système fonctionne dans des conditions proches de la neutralité chimique.
- L’électrode étudiée utilise un polymère organique poreux plutôt qu’un matériau métallique.
- Les essais ont porté sur 120 000 cycles de charge et de décharge.
Pourquoi le chiffre de 300 ans doit être nuancé
La batterie a conservé 72,67 % de sa capacité après 120 000 cycles. En imaginant un cycle complet par jour, une simple extrapolation conduit à une durée supérieure à 300 ans. C’est ce calcul qui explique l’annonce spectaculaire associée à ces travaux.
Cette projection ne représente pas une garantie de fonctionnement pendant trois siècles. Un essai de laboratoire mesure une partie précise du vieillissement. Dans des conditions réelles, une batterie doit aussi supporter les écarts de température, les défauts de fabrication, l’humidité, les impuretés, les contraintes mécaniques, le vieillissement du boîtier et les aléas liés à son installation.
Les 120 000 cycles constituent un signal fort sur la stabilité de la chimie testée, pas la promesse d’une batterie commerciale utilisable pendant 300 ans.
La densité d’énergie reste aussi nettement inférieure à celle des technologies lithium-ion. La cellule complète a atteint jusqu’à 48,3 watt-heures par kilogramme. Les batteries au lithium-fer-phosphate utilisées dans le stockage stationnaire affichent généralement des valeurs plus élevées. Pour stocker une même quantité d’électricité, la batterie aqueuse devrait donc être plus lourde et plus volumineuse.
Cette contrainte devient moins pénalisante dans un conteneur installé près d’une centrale solaire ou d’un réseau électrique. Elle serait en revanche difficilement compatible avec un smartphone, un ordinateur portable ou un véhicule électrique, où chaque kilogramme compte.
Une piste à suivre en France
En France, le développement du stockage électrique accompagne la progression des énergies renouvelables et les besoins d’équilibrage du réseau. Le gestionnaire du réseau de transport RTE suit l’évolution des moyens capables d’ajuster production et consommation, parmi lesquels figurent les batteries, les stations de transfert d’énergie par pompage et certains dispositifs de pilotage de la demande.
Les batteries lithium-ion occupent aujourd’hui une place importante dans les projets de stockage, notamment grâce à leur maturité industrielle. Une technologie aqueuse reposant sur des matériaux plus faciles à gérer pourrait intéresser le stockage fixe si elle démontre sa fiabilité hors laboratoire et si son coût devient compétitif à grande échelle.
Les règles françaises et européennes imposent déjà une gestion spécifique des piles et accumulateurs usagés. Même lorsqu’une chimie paraît moins dangereuse, une batterie ne doit pas être jetée avec les ordures ménagères ni abandonnée dans la nature. Son boîtier, ses collecteurs de courant et ses autres composants nécessitent une filière de collecte et de traitement adaptée.
Un enjeu environnemental au-delà de la durée de vie
Les chercheurs indiquent que leur cellule complète répond à plusieurs critères de sécurité liés à l’élimination des matériaux. Après les cycles réalisés, le pH de l’électrolyte est resté compris entre 4,91 et 7,02. Leur analyse n’a pas relevé de métaux lourds détectables dans l’électrolyte après usage.
Les auteurs écrivent que leur système offre une stabilité de cyclage durable et un profil environnemental plus favorable, dans des conditions neutres. Cette appréciation concerne la chimie testée et les conditions précises de l’étude.
Une batterie industrielle ne se résume jamais à son électrolyte. Elle comprend aussi des séparateurs, des liants, des enveloppes, des connecteurs et des composants de protection. Le passage d’une cellule expérimentale à un équipement déployé sur le terrain imposera donc des vérifications sur la fabrication, le recyclage, le coût et la sécurité sur plusieurs années.
Le terme « électrolyte » désigne le milieu dans lequel circulent les ions entre les électrodes. Dans cette recherche, l’eau joue ce rôle de support. Le choix d’un liquide neutre vise à limiter les attaques chimiques contre les matériaux internes, un facteur déterminant pour espérer multiplier les cycles de charge sans dégradation rapide.
