Un supercondensateur à base d'eau pure résiste à 60 000 cycles de charge

Une étude menée par l'Université de Technologie de Hambourg en Allemagne démontre que l'eau pure peut servir à stocker de l'électricité lorsqu'elle est piégée dans des canaux d'argile de taille nanométrique. Ce dispositif, appelé « Blue Capacitor », utilise l'eau pure comme électrolyte pour transporter la charge électrique.

« Notre objectif est de concevoir des technologies de stockage d'énergie plus sûres et durables, basées sur des matériaux abondants plutôt que sur des composés chimiques complexes », explique le Dr Vasily Artemov, du Cluster d'Excellence « BlueMat—Water-Driven Materials » à l'Université de Technologie de Hambourg. Il précise que l'appareil stocke et libère l'énergie de manière efficace, fonctionne à une tension relativement élevée pour un système à base d'eau et conserve sa stabilité sur plusieurs dizaines de milliers de cycles de charge.

Canaux nanométriques

Traditionnellement, l'eau pure est considérée comme un mauvais milieu pour le stockage d'énergie. Les batteries et supercondensateurs nécessitent généralement un mélange chimique de sels, d'acides ou de solvants organiques volatils pour conduire l'électricité. En l'absence de ces additifs, le stockage d'énergie est inefficace.

Pour contourner cette limite, l'équipe a développé la technologie « Blue Capacitor », un dispositif de stockage d'énergie entièrement constitué de trois matériaux naturels abondants sur Terre : l'eau, l'argile et le carbone.

Le système confine l'eau pure dans des canaux microscopiques, modifiant ainsi les propriétés fondamentales du liquide. Les minéraux d'argile sont combinés avec du graphène, une forme ultra-fine et très conductrice de carbone. Ensemble, ces matériaux forment un réseau dense de millions de canaux parallèles, chacun mesurant environ un nanomètre de largeur, soit environ 100 000 fois plus fin qu'un cheveu humain.

« Nos résultats montrent que l'eau nanoconfinée peut servir d'électrolyte actif dans un dispositif de stockage d'énergie pratique », souligne Artemov.

Pour observer ce phénomène, l'équipe a utilisé PETRA III, une source de rayons X brillante du centre de recherche DESY, l'un des accélérateurs de particules les plus puissants au monde. « C'est uniquement grâce à PETRA III que nous avons pu visualiser les films d'eau ultra-fins au sein des structures d'argile », précise le professeur Patrick Huber, coauteur de l'étude.

Tests rigoureux

Ce nouveau dispositif est un supercondensateur, une technologie de stockage d'énergie qui accumule l'électricité par séparation des charges plutôt que par réactions chimiques. Cette méthode permet une charge et décharge rapides ainsi qu'une durée de vie opérationnelle très longue.

Les essais en laboratoire ont confirmé la robustesse du concept. Le Blue Capacitor a résisté à plus de 60 000 cycles de charge-décharge sans aucune dégradation. De plus, il a fonctionné jusqu'à une tension maximale de 1,6 volt, un seuil exceptionnellement élevé pour un système à base d'eau, qui se décompose généralement en hydrogène et oxygène à des tensions bien plus faibles.

Bien que les applications commerciales soient encore à plusieurs années, ce condensateur non toxique et ininflammable représente une avancée majeure. Il ouvre des perspectives prometteuses pour le stockage de l'énergie, notamment pour la gestion des énergies renouvelables solaire et éolienne, la stabilisation des réseaux électriques, ainsi que pour alimenter des dispositifs nécessitant des cycles de charge rapides et fréquents.

Selon le chercheur Artemov, la compréhension des propriétés inattendues de l'eau à l'échelle nanométrique pourrait permettre le développement de nouvelles applications technologiques. Au-delà du stockage d'énergie verte, cette découverte pourrait aussi favoriser la création de capteurs nanoscale à base d'eau et d'ordinateurs bio-inspirés.

Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.