Cette batterie au CO2 révolutionnaire est 7 fois plus efficace que les batteries ion-lithium

Face à l’urgence climatique, des solutions doivent être trouvées dans tous les domaines pour réduire l’impact de l’homme sur son environnement — peut-être même le réduire. Après la présentation en 2018 d’une batterie fonctionnant avec un dérivé du CO₂, proposant une remarquable densité énergétique, une équipe dévoile aujourd’hui un prototype rechargeable qui, espère-t-on, pourra contribuer à résoudre le problème du stockage d’énergie autant que celui des émissions de gaz à effet de serre.

L’intérêt évident du dioxyde de carbone

L’année dernière, le prestigieux MIT (Massachusetts Institute of Technology) avait présenté un prototype de batterie alimentée par les rejets humains de dioxyde de carbone. Rappelons qu’une batterie électrique traditionnelle est composée d’une anode et d’une cathode, représentant les deux pôles (-) et (+) d’une pile, séparés par l’électrolyte, dans lequel, pour une majorité de batteries modernes, circulent des ions lithium, ce qui crée le courant électrique. L’anode est généralement composée de graphite, un minéral naturel de carbone. 

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L’équipe, pour une première, avait présenté un prototype remplaçant ce graphite par une transformation du CO₂, un gaz pourtant non réactif, en un composé solide, le carbonate minéral, l’étant nettement plus. Des techniques onéreuses et compliquées rendaient cette transformation peu prometteuse, mais l’équipe promettait de produire ce carbonate minéral à moindre frais, en combinant le CO₂ issu de cheminées d’usines avec un adjuvant, une solution liquide d’amines dérivée de l’ammoniac. Le CO₂, c’est ce gaz en grande partie à l’origine de l’effet de serre, que l’homme rejette (par son activité) chaque année un peu plus, menaçant les écosystèmes : s’en servir est donc facile puisqu’il se trouve partout, et très intéressant si produire de l’énergie peut contribuer à s’en débarrasser.

Les résultats de cette tentative étaient prometteurs : le CO₂ se comportait comme une électrode en graphite, et cette transformation offrait de beaux espoirs pour piéger le dioxyde de carbone, tout en créant des batteries avec moins de composés issus de matière première. En revanche, malgré les promesses d’une batterie propre, nettoyant même notre atmosphère, leur durée de vie n’excédait pas les 10 cycles de charge et décharge. 

L’équation enfin résolue ? Une annonce porteuse de nombreux espoirs

Parallèlement à tous les avantages environnementaux, l’enjeu est aussi l’efficacité : la batterie au CO₂ transformé possède une densité énergétique sept fois supérieure à celle des batteries ion-lithium. C’est-à-dire que pour le même volume, en considérant qu’il n’y a aucune déperdition d’énergie, cette batterie pourrait développer 7 fois plus d’énergie que les autres batteries — ou pour la même puissance, avoir une autonomie sept fois supérieure. 

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Les efforts de chercheurs de l’université de l’Illinois, à Chicago, semblent avoir payé : dans une étude publiée en août dernier dans le journal Advanced Materials, l’équipe a présenté un prototype de batterie lithium-dioxyde de carbone (enfin) rechargeable, proposant une durée de vie de près de 500 cycles de charge-recharge. 

Jusqu’ici, quand une batterie lithium-dioxyde de carbone se déchargeait, cela produisait du carbone et du carbonate de lithium. Le carbone s’accumulait sur le catalyseur de la cathode, ce qui provoquait la défaillance de la batterie. « L’accumulation de carbone non seulement obture les régions actives du catalyseur et empêche la diffusion du dioxyde de carbone, mais accélère aussi la décomposition de l’électrolyte à l’état de charge », explique Alireza Ahmadiparidari, l’auteur de la publication. 

L’équipe a combiné des matériaux divers pour permettre le recyclage du carbonate de lithium et du carbone au sein de la batterie : le disulfure de molybdène par exemple, en tant que catalyseur de la cathode combiné à un électrolyte hybride, afin d’éviter la stagnation du carbone qui provoquait la désagrégation de la batterie, et ainsi de permettre le recyclage permanent du plus grand nombre de composants internes. 

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« Notre combinaison unique de matériaux contribue à créer la première batterie lithium-dioxyde de carbone neutre en carbone avec bien plus de rendement et d’autonomie, ce qui lui permettra d’être utilisée dans des systèmes avancés de stockage d’énergie », dit Amin Salehi-Khojin, professeur associé de mécanique et ingénierie industrielle à l’université de l’Illinois. Ce qui permet de rêver à une batterie propre, puissante et résistante, contribuant même à résoudre les émissions de CO₂, responsables majeures du réchauffement climatique.