Les ions hydrogène (H⁻) présentent une faible masse et un potentiel redox élevé, ce qui en fait des porteurs de charge prometteurs pour les dispositifs électrochimiques de nouvelle génération. Cependant, l’absence d’électrolytes efficaces offrant une conductivité rapide des ions hydrogène, une stabilité thermique et une compatibilité avec les électrodes a freiné leur application pratique.

Dans une étude publiée dans Nature, l’équipe du professeur Ping Chen de l’Institut de physique chimique de Dalian, de l’Académie chinoise des sciences, a développé un nouvel électrolyte à ions hydrogène à structure cœur-coquille, permettant la création de la première batterie à ions hydrogène rechargeable tout solide fonctionnant à température ambiante.

Les chercheurs ont adopté une conception hétérojonctionnelle pour synthétiser un nouveau matériau composite d’hydrure, 3CeH₃@BaH₂, dans lequel une coquille fine de BaH₂ enveloppe un cœur de CeH₃. Cette structure combine la haute conductivité des ions hydrogène de CeH₃ avec la stabilité de BaH₂, permettant une conduction rapide des ions hydrogène à température ambiante, ainsi qu’une stabilité thermique et électrochimique élevée.

De plus, les chercheurs ont utilisé le matériau de stockage d’hydrogène classique NaAlH₄ comme composant actif de l’électrode positive, construisant une batterie à ions hydrogène tout solide CeH₂|3CeH₃@BaH₂|NaAlH₄. Cette batterie a atteint une capacité de décharge initiale de 984 mAh/g à température ambiante, conservant 402 mAh/g après 20 cycles.

Dans une configuration empilée, la tension de fonctionnement atteint 1,9 V, alimentant une diode électroluminescente jaune, un exemple frappant pour les applications pratiques.

Cette technologie, utilisant l’hydrogène comme porteur de charge, évite la formation de dendrites, posant les bases d’un stockage d’énergie sûr, efficace et durable. Grâce aux propriétés ajustables des matériaux hydrures, la batterie à ions hydrogène offre un potentiel énorme pour le stockage et la conversion d’énergie propre.