L’eau pure peut-elle stocker de l’énergie électrique ? Une équipe de recherche dirigée par le Dr Vasily Artemov, au sein du pôle d’excellence « BlueMat – Water-Driven Materials » ou « BlueMat – Matériaux à base d’eau » de l’Université de technologie de Hambourg, a démontré que c’était possible. En confinant l’eau dans des canaux nanométriques au sein de minéraux argileux, les chercheurs ont créé un supercondensateur capable de stocker et de transporter efficacement des charges électriques.
Ce qui rend cette découverte inhabituelle, c’est l’utilisation d’eau pure comme électrolyte, le milieu qui transporte la charge électrique. Les batteries et supercondensateurs actuels nécessitent généralement l’ajout de sels, d’acides ou d’autres électrolytes chimiques. À l’inverse, ce nouveau système fonctionne sans ces additifs et repose uniquement sur des matériaux abondants et naturels : l’eau, l’argile et le carbone.
« Notre objectif est de développer des technologies de stockage d’énergie plus sûres et plus durables, basées sur des matériaux abondants plutôt que sur des composés chimiques complexes », explique Vasily Artemov, auteur principal de l’article : « Le dispositif stocke et libère l’énergie efficacement, fonctionne à une tension relativement élevée pour un système à base d’eau et reste stable pendant des dizaines de milliers de cycles de charge. »
De l’eau à l’échelle nanométrique.
Ce nouveau dispositif appartient à la catégorie des supercondensateurs, des technologies de stockage d’énergie. Contrairement aux batteries, qui stockent l’énergie par réactions chimiques, les supercondensateurs la stockent en séparant les charges électriques. De ce fait, ils peuvent être chargés et déchargés très rapidement et présentent souvent une durée de vie exceptionnellement longue.
Les chercheurs ont baptisé leur système « Blue Capacitor » ou « Condensateur bleu ». La clé de cette technologie réside dans des canaux d’environ un nanomètre de large, soit environ 100 000 fois plus fins qu’un cheveu. À l’intérieur de ces espaces minuscules, l’eau présente des propriétés qu’on ne retrouve pas dans l’eau en vrac ordinaire, permettant ainsi une circulation efficace des charges.
Pour exploiter cet effet, les chercheurs ont combiné des minéraux argileux avec du graphène, une forme de carbone hautement conductrice. Ensemble, ces couches forment des millions de minuscules canaux qui se remplissent d’eau. « Nos résultats montrent que l’eau nanoconfinée peut servir d’électrolyte actif dans un dispositif de stockage d’énergie concret », explique Artemov.
Stable et durable, le condensateur bleu a conservé des performances stables pendant plus de 60 000 cycles de charge-décharge lors de tests en laboratoire. Il a également fonctionné à des tensions allant jusqu’à 1,6 volt, une valeur relativement élevée pour un système de stockage d’énergie à base d’eau.
Les chercheurs y voient la preuve que les propriétés uniques de l’eau nanoconfinée peuvent être exploitées pour des applications pratiques. Les tests ont été menés dans les installations de PETRA III au DESY, l’un des plus grands centres mondiaux de recherche sur les accélérateurs de particules. « C’est uniquement grâce à l’excellente source de rayons X PETRA III du DESY que nous avons pu visualiser les films d’eau ultrafins au sein des structures d’argile », ajoute le professeur Patrick Huber, co-auteur de l’article.
Applications potentielles :
Cette technologie est encore à ses débuts et des recherches supplémentaires seront nécessaires avant toute application commerciale. Cependant, les chercheurs estiment que ce concept pourrait ouvrir la voie à de futures technologies de stockage d’énergie. Parmi les applications potentielles, on peut citer le stockage d’énergie renouvelable issue du solaire et de l’éolien, le soutien des réseaux électriques et l’alimentation d’appareils nécessitant des cycles de charge et de décharge fréquents.
Au-delà du stockage d’énergie, ces découvertes pourraient inspirer de nouvelles technologies exploitant les propriétés exceptionnelles de l’eau à l’échelle nanométrique, telles que des capteurs avancés, des systèmes bio-inspirés et l’informatique neuromorphique. « Nos travaux montrent que même une substance aussi familière que l’eau peut révéler des propriétés insoupçonnées à l’échelle nanométrique », explique Artemov. « La compréhension de ces propriétés pourrait nous permettre de développer des applications technologiques entièrement nouvelles. »
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