Progrès signalés sur les batteries à protons avec de l'hydrogène vert

Jun 15, 2023

De nouvelles batteries à protons peuvent alimenter de minuscules ventilateurs bleus aujourd’hui, et des véhicules électriques demain, si tout se passe comme prévu.

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Les fans d’hydrogène vert ont une autre raison de se réjouir, sous la forme de nouvelles batteries à protons qui stockent l’électricité dans des électrodes de carbone hydrogéné. Une équipe de recherche de l'Université RMIT d'Australie a peaufiné sa technologie de batterie à protons au cours des cinq dernières années en collaboration avec un équipementier automobile mondial de premier plan. Ils ont une autre avancée à signaler, et de nouvelles batteries EV pourraient être dans le mix.

Les recherches du RMIT ont attiré l’attention du Forum économique mondial en 2018, qui s’est enthousiasmé quant au potentiel des batteries à protons pour dépasser la technologie lithium-ion.

« La batterie à protons RMIT peut être branchée sur un port de charge comme n’importe quelle autre batterie rechargeable. Ce qui se passe ensuite est remarquablement simple : l'électricité produite par l'alimentation électrique divise les molécules d'eau, générant des protons, qui se lient au carbone dans l'électrode de la batterie », a observé le WEF avec enthousiasme.

La division de l'eau aurait pu paraître remarquable il y a cinq ans, lorsque le marché mondial de l'hydrogène vert n'était qu'un clin d'œil, mais les choses ont changé depuis.

L'hydrogène vert est produit à partir de l'eau par électrolyse, qui utilise de l'électricité provenant de ressources renouvelables pour « diviser » l'eau. Le coût de l’énergie éolienne et solaire a tous deux baissé depuis 2018, tout comme celui des systèmes d’électrolyse, ce qui explique pourquoi l’hydrogène vert a retenu davantage l’attention des investisseurs depuis 2018.

Le lien entre les batteries à hydrogène et à protons est assez simple. Un atome d'hydrogène est constitué d'un proton chargé positivement et d'un électron chargé négativement. Si l’atome d’hydrogène parvient d’une manière ou d’une autre à perdre son électron, il se retrouve à errer dans l’univers sous la forme d’un proton.

Comme décrit par RMIT, le stockage de l’hydrogène dans une électrode de carbone hydrogéné permet d’économiser de l’énergie, par rapport à la production d’hydrogène vert. L’alternative serait de stocker l’hydrogène à haute pression pour l’utiliser dans une pile à combustible à hydrogène.

En gros, les systèmes d'électrolyse sont l'inverse des piles à combustible, il n'est donc pas surprenant de constater que les batteries à protons se déchargent à travers les piles à combustible, mais sans l'étape de stockage énergivore impliquée par les piles à combustible à hydrogène.

Comme l'explique le chercheur principal de l'équipe RMIT, le professeur John Andrews, pendant le cycle de décharge, les batteries à protons libèrent leurs protons de l'électrode de carbone. Ils traversent une membrane pour rencontrer l'oxygène de l'air ambiant. La réaction produit à la fois de l’eau et de l’électricité.

"Notre batterie à protons présente des pertes bien inférieures à celles des systèmes à hydrogène conventionnels, ce qui la rend directement comparable aux batteries lithium-ion en termes d'efficacité énergétique", ajoute Andrews (voir plus de couverture sur les batteries à protons de CleanTechnica ici).

L'équipe RMIT collabore depuis 2018 sur son projet de recherche sur la batterie à protons avec le principal fournisseur italien de pièces automobiles Eldor Group et la collaboration a été prolongée de deux ans supplémentaires.

Eldor est mieux connu pour son travail sur le côté conventionnel de l’industrie automobile, mais il est sur la piste de l’électrification et de la décarbonation, en plus de se concentrer sur l’amélioration de l’efficacité des véhicules ICE.

Si Eldor mise sur les batteries à protons pour alimenter le véhicule électrique du futur, l’attente risque d’être longue. Jusqu’à présent, la collaboration avec le RMIT a donné naissance à une batterie à protons capable « d’alimenter plusieurs petits ventilateurs et une lumière pendant plusieurs minutes ».

Cela ne semble pas grand-chose, mais les bénéfices pourraient être énormes en termes de réduction des coûts des batteries pour véhicules électriques et d’utilisation durable des ressources naturelles, par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles pour véhicules électriques. Après tout, le carbone est pratiquement partout, mais pas le lithium.

Dans une mise à jour du projet du 27 juillet, RMIT a noté que la capacité de stockage de son nouveau prototype pèse 2,2 % en poids d'hydrogène (le % en poids fait référence à la mesure du stockage de l'hydrogène dans un matériau). C’était presque le triple de la capacité de leur prototype initial il y a cinq ans.