Batteries au magnésium : l’ambitieux projet de deux instituts de recherche autrichiens

Les batteries de magnésium pourraient à l’avenir jouer un rôle déterminant dans le stockage de l’énergie. Des problèmes subsistent néanmoins pour leur mise en application et restent encore limiter à la recherche fondamentale. Le projet « MAGNIFICO » de l’Austrian Institute of Technology (AIT) et l’Institute of Science and Technologies Austria (ISTA), pour une durée de trois ans et financé par l’Agence autrichienne pour la promotion de la recherche et le Fonds pour le Climat (Klimatfonds), a pour objectif de démontrer la preuve de faisabilité de batterie au magnésium et d’initier dans le même temps une nouvelle approche sur ces types de batterie.

Le projet MAGNIFCIO se concentre sur l’amélioration de l’anode, l’électrode dans lequel sont stockés les ions lors de la charge de la batterie dans les systèmes au magnésium. Dans le langage courant, l’anode est l’électrode où passe le courant électrique en provoquant l’oxydation du combustible et la libération des électrons. Le problème le plus important des batteries au magnésium se concentre autour des électrocytes, substances conductrices, qui se décomposent rapidement au contact du magnésium, utilisé en poudre dans ces batteries, et forment une couche d’oxyde qui empêche le flux d’ions. Cela entraine ainsi ces couches dites de passivation. L’objectif est donc de travailler à la protection des particules de magnésium vis-à-vis de la force de décomposition des électrons. Alors que Martina Romio, chercheuse en batteries à l’AIT Center for Low-Emission Transport et responsable du projet, travaille en particulier sur le développement de la nouvelle variante de pile au magnésium en vérifiant la résistance et la perméabilité aux ions des anodes recouvertes d’alliages métallique, son collègue chercheur Bingqing Cheng de l’Institute of Science and Technologies Austria (ISTA) étudie les possibles réactions chimiques sur l’anode à l’aide de l’intelligence artificielle. C’est-à-dire réussir à prédire la chimie cellulaire sur l’anode au magnésium en la simulant grâce à des algorithmes. L’équation quantique de Schrödinger qui permet de prédire les propriétés d’un matériau n’est pas applicable dans ce cas précis car on est face à de multiples électrons et noyaux atomiques, comme précise le chercheur Cheng. L’approche choisie, à l’aide des mathématiques et de la statistique, permet de conceptualiser la couche intermédiaire intermétallique la plus optimale qui permettra de protéger les particules de poudre de magnésium métallique. L’anode en magnésium, ainsi protégée de la réaction des ions, sera ensuite combinée à une cathode à base de manganèse, métal de transition.

Les batteries au magnésium offrent de nombreuses perspectives pour un système énergétique durable, respectueux du climat et efficace comme le souligne Martina Romio. Elles représenteraient un coût économique et écologique plus faibles que celles au lithium. Le magnésium est en effet une matière beaucoup plus disponible dans le monde. Il est le 8e élément les plus présents sur la croûte terrestre. En Autriche, on en trouve ainsi dans les régions de Styrie, du Tyrol et de Carinthie sous forme de magnésite, une espèce minérale composée de carbonate de magnésium. Au-delà de son extraction beaucoup moins polluante que le lithium, le magnésium permettrait de réduire les coûts de production et jouerait également un levier économique pour l’Autriche, 7e producteur mondial de magnésium. De plus, son efficacité en termes de stockage est supérieure à taille égale avec une batterie au lithium grâce notamment à sa capacité d’absorption. Le magnésium peut transporter deux électrons simultanément, ce qui fait de lui un très bon porteur de charge. La durée d’une vie de batterie au magnésium serait également supérieur à celle du lithium, avec la possibilité de plus de 4000 charges et décharges tout en évitant les dendrites présentes dans les batteries au lithium, qui entraine le plus souvent l’accélération de la fin de vie d’une batterie traditionnelle.

Malheureusement bien que le magnésium semble avoir de nombreuses qualités, il est nettement plus lourd que le lithium. Cela rend son application dans l’électromobilité assez limité, car il ne représente pas des caractéristiques souhaitables dans les véhicules. La chercheuse envisage plutôt l’application de telles batteries pour le stockage d’énergie domestique et peut-être pour le cas des réseaux intelligents (smart grids).

Source :

• Der Standard : Magnesium-Akku als günstiger Energiespeicher der Zukunft(en allemand)
• Wiener Zeitung :Magnesium soll Lithium in Batterien ersetzen(en allemand)
• Austrian Institute of Technolody (AIT) : Batterieforschungsprojekt Magnifico gestartet(en allemand)

Rédactrice : Emeline Ogereau, emeline.ogereau[at]diplomatie.gouv.fr - https://at.ambafrance.org