Une équipe de recherche dirigée par le professeur Chen Wei de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a mis au point un nouveau système de batterie chimique utilisant l'hydrogène gazeux comme anode. L'étude a été publiée dans la revueAngewandte Chemie International Edition.
Hydrogène (H2L'hydrogène a suscité un intérêt croissant en tant que vecteur d'énergie renouvelable stable et économique grâce à ses propriétés électrochimiques favorables. Cependant, les batteries traditionnelles à hydrogène utilisent principalement l'hydrogène.2en tant que cathode, ce qui restreint leur plage de tension à 0,8–1,4 V et limite leur capacité de stockage d'énergie globale. Pour surmonter cette limitation, l'équipe de recherche a proposé une approche novatrice : utiliser H2Utilisée comme anode, elle permet d'améliorer considérablement la densité énergétique et la tension de fonctionnement. Associée au lithium métal comme anode, la batterie présente des performances électrochimiques exceptionnelles.
Schéma d'une batterie Li-H. (Image : USTC)
Les chercheurs ont conçu un prototype de système de batterie Li-H, intégrant une anode en lithium métallique, une couche de diffusion de gaz recouverte de platine servant de cathode à hydrogène et un électrolyte solide (Li1.3Al0,3Ti1.7(PO4)3Cette configuration (ou LATP) permet un transport efficace des ions lithium tout en minimisant les interactions chimiques indésirables. Lors des tests, la batterie Li-H a démontré une densité énergétique théorique de 2 825 Wh/kg, tout en maintenant une tension stable d'environ 3 V. De plus, elle a atteint un rendement aller-retour (RTE) remarquable de 99,7 %, indiquant une perte d'énergie minimale lors des cycles de charge et de décharge, tout en conservant une stabilité à long terme.
Afin d'améliorer encore la rentabilité, la sécurité et la simplicité de fabrication, l'équipe a développé une batterie Li-H sans anode, éliminant ainsi le besoin de lithium métal préinstallé. Cette batterie utilise le lithium déposé à partir de sels de lithium (LiH₂).2PO4Cette version utilise du lithium et de l'hydroxyde de lithium (LiOH) dans l'électrolyte pendant la charge. Elle conserve les avantages de la batterie Li-H standard tout en offrant des atouts supplémentaires. Elle permet un dépôt et une dissolution efficaces du lithium avec une efficacité coulombique (CE) de 98,5 %. De plus, elle fonctionne de manière stable même à de faibles concentrations d'hydrogène, réduisant ainsi la dépendance au stockage d'H₂ sous haute pression. Des modélisations numériques, telles que des simulations de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), ont été réalisées pour comprendre le mouvement des ions lithium et hydrogène au sein de l'électrolyte de la batterie.
Cette avancée majeure dans la technologie des batteries lithium-hydrogène ouvre de nouvelles perspectives pour des solutions de stockage d'énergie de pointe, avec des applications potentielles dans les réseaux d'énergies renouvelables, les véhicules électriques et même l'aérospatiale. Comparé aux batteries nickel-hydrogène classiques, le système lithium-hydrogène offre une densité énergétique et une efficacité accrues, ce qui en fait un candidat de choix pour le stockage d'énergie de nouvelle génération. La version sans anode permet de concevoir des batteries à hydrogène plus économiques et plus facilement industrialisables.
Lien vers le document :https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Écrit par ZHENG Zihong, édité par WU Yuyang)
Date de publication : 12 mars 2025