Les batteries à l’eau de mer, un nouvel espoir ?

L’eau recouvre environ 70 % de la surface de la Terre. De plus, 97 % de l’eau sur terre est de l’eau de mer, qui est impropre en raison de sa teneur en sel. Et si nous pouvions exploiter son potentiel en tant que nouvelle source d’énergie renouvelable ?

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Changshin Jo (Graduate Institute of Ferrous & Energy Materials Technology (GIFT), Department of Chemical Engineering) et le candidat au doctorat Hyebin Jeong (Chemical Engineering) à POSTECH a fait des progrès dans ce domaine en confirmant les performances supérieures des batteries à l’eau de mer (SWB) qui intègrent des agents chélatants. Leurs conclusions ont été publiées dans le Chemical Engineering Journal.

• Agent chélateur
  Substance qui forme deux liaisons ou plus en liant les ions métalliques, créant une structure stable de solubilité et éliminant les métaux lourds. Dans cette étude, des agents chélateurs ont été utilisés pour contrôler structurellement le matériau de la cathode des batteries à l’eau de mer.

Les batteries lithium-ion sont devenues omniprésentes dans les appareils électroniques portables et les batteries automobiles. Cependant, elles ne sont pas sans limites, car elles présentent un risque d’explosion et peuvent devenir inutilisables si les réserves de lithium sont épuisées. Pour relever ces défis, le développement de batteries de nouvelle génération est actuellement en cours. Parmi celles-ci, les batteries à l’eau de mer représentent une option prometteuse qui utilise les ions Na présents dans l’eau de mer pour générer de l’énergie. Ces batteries présentent l’avantage d’être facilement accessibles et respectueuses de l’environnement, car elles ne nécessitent pas de processus de traitement séparés.

La salinité élevée de l’eau de mer peut être attribuée à la présence d’ions Na, qui sont utilisés par les batteries à eau de mer pour générer et stocker de l’énergie électrique lors de leur mouvement de va-et-vient entre la cathode et l’anode. Toutefois, l’un des défis posés par l’utilisation de l’hexacyanoferrate de nickel (NiHCF) comme matériau cathodique d’intercalation pour les batteries à eau de mer est l’apparition fréquente de défauts au cours de la fabrication. Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche a synthétisé du NiHCF avec un agent chélateur (échantillon A) et a comparé ses performances à celles du NiHCF non traité (échantillon B) afin d’évaluer l’efficacité de l’agent chélateur.

L’examen des deux échantillons au microscope révèle la différence frappante de leur forme et de leur structure. L’échantillon B est constitué de particules primaires nanométriques agrégées de manière aléatoire pour former des microparticules, alors que l’échantillon A est constitué de particules cubiques individuelles de 200 à 300 nanomètres. Bien que la taille des particules individuelles de l’échantillon B soit plus petite, elle est moins avantageuse pour la production de batteries en raison de l’agrégation de plusieurs particules en structures cohésives plus grandes.

Les chercheurs ont également évalué les performances électrochimiques des deux échantillons. Ils ont tout d’abord mesuré la teneur en eau et ont constaté que l’échantillon A avait une teneur en eau inférieure à celle de l’échantillon B. En général, une teneur en eau plus élevée a tendance à entraver la production de batteries. En général, une teneur en eau plus élevée tend à entraver les performances électrochimiques. En outre, les mesures du courant et de la tension ont montré que l’échantillon A avait un rendement énergétique et une capacité élevés.

L’équipe de recherche a réalisé une prouesse en effectuant 2 000 cycles de charge et de décharge sur des batteries utilisant deux échantillons, l’échantillon A présentant un taux de rétention de capacité remarquable d’environ 92,8 %. En outre, le taux de génération de défauts, un inconvénient antérieur du NiHCF, a été réduit à 6 % dans l’échantillon A.

Les résultats de l’étude démontrent les performances supérieures obtenues en ajoutant un agent chélateur à l’hexacyanoferrate de nickel et en l’utilisant comme matériau de cathode dans les piles à l’eau de mer. Cette découverte peut promouvoir le développement des batteries à eau de mer en tant que candidat prometteur pour les systèmes de stockage d’énergie de la prochaine génération.

Ce travail a été soutenu par l’Institut coréen d’évaluation et de planification des technologies énergétiques (KETEP) et la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF).