Alors que le monde se tourne rapidement vers l'utilisation des sources d'énergie renouvelables, une question cruciale demeure : comment stocker efficacement l'énergie lorsque les panneaux solaires et les éoliennes ne produisent pas suffisamment d'électricité ? Ce besoin de stockage d'énergie devient encore plus important lorsque l'on considère la nature peu fiable des sources renouvelables, telles que le rayonnement solaire et le vent, qui varient tout au long de la journée et de l'année.

Jusqu'à présent, les batteries lithium-ion ont dominé le marché en tant que technologie principale de stockage d'énergie, mais les problèmes existants avec les chaînes d'approvisionnement de matériaux tels que le lithium, le nickel et le cobalt, ainsi que les coûts élevés et les défis environnementaux, ont poussé les chercheurs à explorer des solutions alternatives. Le professeur Xiaowei Teng de l'Institut polytechnique de Worcester (WPI) et son équipe de recherche se sont concentrés sur le fer comme matériau clé pour les batteries futures, et leurs dernières découvertes apportent des changements révolutionnaires dans ce domaine.

Le fer comme solution durable

Le fer, en tant que deuxième métal le plus abondant dans la croûte terrestre, représente un choix plus durable par rapport à des métaux plus rares et plus coûteux comme le nickel et le cobalt. Aux États-Unis, plus de 40 millions de tonnes métriques de fer et d'acier sont recyclées chaque année, ce qui rend cette option attrayante pour les chercheurs. Bien que les batteries fer-nickel soient utilisées depuis longtemps, remontant à l'époque de Thomas Edison au début du XXe siècle, ces batteries souffrent de défauts majeurs tels que la production d'hydrogène lors de la charge et une faible efficacité de stockage due à la formation de composés de fer inertes lors de la décharge.

Pour surmonter ces problèmes, l'équipe de recherche dirigée par Xiaowei Teng a réussi à réduire l'apparition de réactions chimiques indésirables en ajoutant des silicates à l'électrolyte. Le silicate, un composé de silicium et d'oxygène, a trouvé des applications dans de nombreuses industries telles que la production de verre, de ciment et de détergents. Dans le contexte des batteries, les chercheurs ont découvert que le silicate empêche la formation d'hydrogène lors de la charge, permettant ainsi un chargement plus efficace et une plus grande capacité de stockage d'énergie. Cette découverte a un potentiel énorme pour améliorer les performances des batteries fer-nickel et fer-air, qui sont particulièrement adaptées aux applications dans les micro-réseaux et les installations d'énergie renouvelable, telles que les parcs solaires ou éoliens.

Avenir énergétiquement efficace

Les avantages des batteries en fer combinées aux silicates ne s'arrêtent pas à l'amélioration du stockage d'énergie. Ces batteries offrent une alternative économiquement avantageuse et écologiquement durable aux batteries lithium-ion, dont la production et l'approvisionnement suscitent des inquiétudes à l'échelle mondiale. De plus, le silicate permet une plus grande sécurité en réduisant les risques de réactions explosives d'hydrogène qui se produisent dans les batteries conventionnelles. Alors que la demande mondiale d'énergie augmente et que les coûts de production et de distribution d'énergie à partir de sources renouvelables deviennent un défi de plus en plus grand, les batteries silicate-fer représentent une technologie clé pour l'avenir du stockage d'énergie.

Cette approche innovante pourrait permettre un transfert d'énergie plus stable et plus efficace dans les installations qui utilisent le vent ou le soleil comme principales sources, réduisant ainsi le besoin de combustibles fossiles traditionnels. Compte tenu de l'accent croissant mis sur la réduction des émissions de dioxyde de carbone et la lutte contre le changement climatique, les batteries silicate-fer deviennent un facteur clé pour permettre une énergie propre à l'échelle mondiale.

Source : WORCESTER POLYTECHNIC INSTITUTE