Surmonter les obstacles au stockage de l'hydrogène grâce à une batterie à hydrogène à basse température
Les scientifiques ont mis au point un électrolyte solide qui permet à la batterie de stocker et de libérer de l'hydrogène à des températures inférieures à 100 °C
Des chercheurs japonais ont mis au point une batterie à hydrogène fonctionnant à seulement 90 °C, surmontant ainsi les limites de température et de capacité des méthodes antérieures. Le dispositif fonctionne en déplaçant des ions hydrure à travers un électrolyte solide, ce qui permet à l'hydrure de magnésium, qui fait office d'anode, de stocker et de libérer de l'hydrogène de manière répétée et à pleine capacité. Cette batterie offre un moyen pratique de stocker l'hydrogène, ouvrant ainsi la voie aux véhicules à hydrogène et aux systèmes énergétiques propres.
L'un des défis les plus pressants auxquels est confrontée l'utilisation de l'hydrogène est son stockage, qui nécessite généralement des températures extrêmement basses (-252,8 °C) et des pressions élevées (350 à 700 bars). Au lieu de stocker l'hydrogène sous forme de gaz ou de liquide, une approche plus efficace consiste à le stocker dans des matériaux solides tels que l'hydrure de magnésium (MgH2), qui possède une capacité de stockage théorique élevée. Ce matériau peut être intégré dans un système semblable à une batterie où, au lieu de déplacer uniquement des électrons, l'hydrogène lui-même est stocké et libéré lors de la charge et de la décharge.
Jusqu'à récemment, cette approche était limitée par la nécessité de températures de fonctionnement élevées, supérieures à 300 °C, par la faible réversibilité de l'absorption et de la désorption de l'hydrogène et par des réactions secondaires indésirables qui réduisaient les performances. Des chercheurs de l'Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), au Japon, ont mis au point une batterie à hydrogène qui peut fonctionner à des températures beaucoup plus basses, de l'ordre de 90 °C, ce qui constitue une avancée importante susceptible d'ouvrir la voie à des applications pratiques. L'étude publiée dans la revue Science le 18 septembre 2025 a été réalisée par une équipe de recherche dirigée par le Dr. Takashi Hirose, professeur adjoint Naoki Matsui, et le professeur de l'Institut Ryoji Kanno au Centre de recherche sur les batteries à l'état solide de Science Tokyo.
"Nous avons démontré le fonctionnement d'une batterie Mg-H2 en tant que dispositif sûr et efficace de stockage d'énergie à base d'hydrogène, en obtenant une capacité élevée, à basse température, ainsi qu'une absorption et une libération réversibles d'hydrogène gazeux", explique Naoki Matsui.
La nouveauté de cette batterie réside dans son électrolyte solide, Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85, qui peut transporter efficacement les ions hydrogène, en particulier les ions hydrure (H-). Ce matériau présente une structure cristalline de type anti-α-AgI, bien connue pour sa conductivité superionique. Dans cette structure, le baryum, le calcium et le sodium occupent des positions centrées sur le corps, tandis que les H- se déplacent dans des sites tétraédriques et octaédriques à faces partagées, ce qui leur permet de migrer librement. Les tests ont montré que le matériau possède une conductivité ionique élevée à température ambiante (2,1 × 10-5 S cm-1) et une stabilité électrochimique, ce qui rend le système efficace pour le stockage et la libération d'hydrogène à long terme.
La conception de la batterie utilise le MgH2 comme anode et l'hydrogène (H2) comme cathode. Pendant la charge, le MgH2 libère des H-, qui migrent à travers l'électrolyte Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85 vers l'électrode H2, où ils sont oxydés pour libérer du gaz H2. Pendant la décharge, c'est l'inverse qui se produit : Le gaz H2 à la cathode est réduit en H-, qui se déplace dans l'électrolyte jusqu'à l'anode et réagit avec le Mg pour former du MgH2.
Ce processus permet à la cellule de stocker et de libérer de l'H2 en cas de besoin, le tout à des températures gérables inférieures à 100 °C. En utilisant cette cellule, les chercheurs ont pu atteindre la capacité de stockage théorique totale du MgH2, soit environ 2 030 mAh g-1, ce qui équivaut à 7,6 % en poids de H2, au cours de cycles répétés.
Les méthodes traditionnelles de stockage de l'hydrogène à l'état solide se heurtent à des limites importantes. L'absorption et la désorption sous l'effet de la chaleur nécessitaient des températures de fonctionnement très élevées, comprises entre 300 et 400 °C, pour libérer ou capturer l'hydrogène, ce qui rendait le processus gourmand en énergie et peu pratique pour une utilisation quotidienne. Une autre approche utilisant le stockage électrochimique avec des électrolytes liquides à des températures plus basses souffrait d'un mauvais transport des ions d'hydrogène, ce qui signifiait que les matériaux ne pouvaient pas atteindre leurs capacités de stockage théoriques. Par conséquent, les deux approches n'ont pas réussi à fournir une solution efficace, réversible et à basse température pour le stockage de l'hydrogène.
"Ces propriétés de notre batterie de stockage d'hydrogène étaient auparavant inaccessibles par des méthodes thermiques conventionnelles ou des électrolytes liquides, offrant une base pour des systèmes de stockage d'hydrogène efficaces pouvant être utilisés comme vecteurs d'énergie", explique M. Hirose.
Un tel accumulateur pourrait être la clé d'un avenir alimenté par l'hydrogène, permettant des véhicules alimentés par l'hydrogène et des industries sans carbone.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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