Vous ne voulez pas de piles faites de pierres ? Sommes-nous prêts pour une nouvelle révolution dans le domaine des batteries rechargeables ? A propos de tout cela aujourd'hui.
Partout dans le monde, il y a longtemps eu une course pour atteindre l'efficacité maximale possible de l'énergie dite verte. Les sources d'énergie renouvelables qui n'émettent pas de gaz à effet de serre dans l'atmosphère sont l'avenir de notre civilisation, dont personne ne doute. Ce n'est plus seulement un rêve, mais le besoin du jour. Les scientifiques tirent de plus en plus la sonnette d'alarme, nous exhortant à économiser l'électricité et à essayer d'utiliser les appareils électriques le plus efficacement possible.
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La plupart des appareils fonctionnent sur piles ou batteries, des anciens baladeurs baladeurs aux derniers smartphones ou voitures électriques, basés sur les technologies lithium-ion (Li-ion). Ils sont utilisés depuis de nombreuses années dans la plupart des appareils électriques et des appareils technologiques, bien qu'ils ne soient pas très économes en énergie et durables. De plus, leur élimination au fil du temps devient un véritable problème pour la situation écologique de notre environnement.
Les batteries lithium-ion sont placées presque partout, car elles sont bon marché et ont des performances élevées. Comme le coût de ces batteries a considérablement diminué au cours de la dernière décennie, elles deviennent l'alternative la plus viable pour une utilisation à long terme, simplement en raison de leur abondance. Aujourd'hui, ces batteries ont atteint un faible coût et une densité d'énergie accrue non pas grâce à des percées technologiques, mais grâce à une optimisation technique simple et persistante des méthodes de fabrication, des outils et de l'efficacité.
Cependant, avec le développement de nouvelles méthodes et technologies de production d'électricité, la demande de méthodes efficaces de son stockage augmente. À petite échelle, cela ne pose aucun problème - la solution réside dans différents types de piles et d'accumulateurs, qui sont un élément de la réalité aussi évident que l'électricité elle-même.
Ils sont utilisés pour alimenter les téléphones, divers types d'éclairage, ils étaient autrefois nécessaires pour utiliser des lampes de poche ou des lecteurs de musique, bien que tous ceux-ci soient maintenant dans nos smartphones. Mais comment stocker l'énergie nécessaire pour alimenter tout un foyer ? Il s'avère que les piles peuvent également être utiles dans ce cas. Bien sûr, nous ne parlons pas de batteries du type de "doigts" populaires disponibles dans les magasins, mais d'appareils complètement nouveaux, qui sont en eux-mêmes des réalisations techniques passionnantes.
Des recherches sont en cours depuis longtemps pour développer de nouvelles batteries capables de concurrencer les batteries lithium-ion en termes de performances, de coût et de durabilité.
Bon nombre de ces nouvelles technologies ne sont pas entièrement nouvelles. En substance, ils fonctionnent de la même manière que les batteries lithium-ion, mais en utilisant des matériaux différents. Voici quelques-uns des exemples les plus intéressants de technologies qui pourraient bientôt révolutionner le domaine du stockage de l'énergie.
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Ce type de batterie, contrairement à d'autres, n'utilise pas d'électrolytes liquides ou en gel, mais des formes solides. Ces électrolytes se présentent généralement sous la forme de céramiques, de verre, de polymères ou de sulfites. Les batteries à semi-conducteurs sont plus efficaces car elles fournissent plus d'énergie pour les mêmes dimensions que leurs homologues lithium-ion. Ils ont un grand potentiel, notamment dans le domaine de la motorisation des véhicules électriques.
Une batterie à semi-conducteurs a le potentiel de résoudre la plupart des problèmes énumérés ci-dessus avec les batteries lithium-ion d'aujourd'hui. Une batterie à semi-conducteurs en verre peut avoir trois fois la densité d'énergie en utilisant une anode en métal alcalin (lithium, sodium ou potassium), ce qui augmente la densité d'énergie de la cathode et offre une longue durée de vie. Un électrolyte solide est considéré comme ininflammable ou du moins résistant à l'auto-inflammation. La nature ininflammable des batteries à semi-conducteurs réduit également le risque de surchauffe, permettant aux cellules d'être emballées plus étroitement, augmentant ainsi la flexibilité de conception et la densité apparente.
De grands espoirs pour ces batteries sont liés au fait qu'elles peuvent durer beaucoup plus longtemps. Et c'est un gros plus dans le monde d'aujourd'hui.
Cependant, les batteries à semi-conducteurs sont actuellement à un faible niveau de préparation technologique et la recherche fondamentale est toujours en cours, ce qui entraîne des incertitudes et des inquiétudes concernant les coûts de production élevés et l'évolutivité. Le défi consiste également à introduire des électrolytes solides dans un processus compatible avec les pratiques de fabrication modernes, qui ne devrait pas affecter la durabilité ou le coût du produit final, et, en plus, ajouter des avantages tels qu'une meilleure densité d'énergie et de puissance, une sécurité accrue, et un débit plus élevé. .
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Les batteries lithium-soufre (Li-S) (à ne pas confondre avec "lithium-soufre" - ces batteries éternelles sont alimentées par les disputes des Ukrainiens) ont commencé à être développées et étudiées depuis les années 60 du siècle dernier comme un dispositif efficace pour stocker l'énergie par des réactions électrochimiques réversibles. Malgré le développement et la commercialisation rapides de la technologie des batteries lithium-ion (LIB), aucune percée n'a été réalisée pour résoudre les défis techniques critiques auxquels seront confrontées les batteries lithium-ion dans les décennies à venir. C'est pourquoi, dans les années 2000, les batteries Li-S ont regagné un intérêt considérable de la part des développeurs en raison de leurs avantages - faible coût et énergie spécifique théorique élevée. Ces indicateurs sont presque 3 fois supérieurs aux caractéristiques des batteries lithium-ion actuelles. Le faible coût et la teneur élevée en soufre (c'est-à-dire le matériau actif de la cathode) rendent les batteries lithium-soufre plus attrayantes que les batteries lithium-ion, étant donné que ces dernières utilisent des matériaux critiques tels que le cobalt et le nickel dans la production de cathodes.
Et dans les batteries lithium-soufre, la cathode, qui est l'une des deux électrodes de la batterie, sera en soufre. Cet élément est plus équilibré que le nickel et le cobalt traditionnels. Ces batteries sont plus efficaces que les batteries lithium-ion. Cela peut évidemment conduire à une gamme plus longue des voitures dans lesquelles ils seront utilisés. On peut dire que le gros avantage de ces batteries est que le soufre est une matière première peu chère et très répandue. Dans le même temps, le processus de production de telles batteries est très similaire à celui utilisé pour la production de batteries lithium-ion, ce qui signifie que les mêmes dispositifs et capacités de production peuvent être utilisés pour leur production.
Un autre avantage de ces types de batteries est la moindre quantité d'énergie nécessaire à leur fabrication, de près de 25 %. Toutes ces caractéristiques peuvent rendre la production de batteries lithium-soufre très rentable.
Les développements battent déjà leur plein. La société Lyten a remporté un succès particulièrement significatif dans ce domaine. Il dispose déjà de toute une plate-forme de batterie LytCell EV. La société affirme que sa batterie est moins chère et plus sûre que les batteries lithium-ion actuelles et pourrait être utilisée dans des véhicules électriques produits en série construits aux États-Unis d'ici le milieu de cette décennie.
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Ce type de batterie fonctionne sur la base du processus d'oxydation du fer à l'aide d'air. Dans le processus de recharge, les substances oxydées sont reconverties en fer dans un processus connu sous le nom d'oxydation inverse. Les batteries fer-air devraient se généraliser dans un avenir proche, principalement parce qu'elles permettent un stockage d'énergie près de 25 fois plus long que les batteries lithium-ion.
En raison des très grandes réserves de fer et d'air, de telles batteries coûteraient certainement beaucoup moins cher. Selon les estimations, leur prix peut être inférieur d'environ 10 fois à celui des batteries existantes ! Malheureusement, ces batteries présentent un inconvénient important - en raison de la lenteur de l'oxydation du fer, leur charge peut prendre beaucoup de temps.
La start-up Form Energy, née sur la base du célèbre Massachusetts Institute of Technology (MIT), développe avec succès des batteries fer-air. Les batteries Form Energy, selon les développeurs, sont dix fois moins chères que le lithium, et elles utilisent du fer, qui est abondant dans le monde. Dans le même temps, les batteries fer-air peuvent durer plus longtemps que les batteries au lithium et sont également plus sûres car elles ne sont pas inflammables.
Le seul inconvénient observé pour le moment est que ces batteries sont lentes à charger, ce qui en fait une option moins viable que les batteries au lithium, par exemple dans le cas des ordinateurs portables ou des smartphones. En revanche, elles constituent une excellente solution de stockage d'énergie au niveau du réseau électrique national, car elles peuvent fournir 100 heures de stockage d'énergie, bien plus longtemps que les batteries au lithium, qui peuvent durer jusqu'à six heures. De cette manière, ils peuvent faciliter l'intégration de parcs solaires et de parcs éoliens à grande échelle.
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Un autre exemple intéressant d'un nouveau type de batterie est celui qui stocke la chaleur au lieu de l'électricité. Par exemple, la société israélienne Brenmiller Energy travaille sur l'utilisation de matériaux alternatifs, comme les roches, pour stocker l'énergie thermique. Depuis 2012, Brenmiller Energy utilise d'abord la pierre concassée pour la production, puis pour le stockage de l'énergie thermique. Ces technologies, à leur tour, peuvent être utilisées à diverses fins, par exemple dans l'industrie.
Fait intéressant, l'idée d'utiliser la pierre concassée pour le stockage de l'énergie n'est pas entièrement nouvelle. La NASA, qui a de nombreuses nouvelles technologies à son actif, teste des technologies de stockage d'énergie thermique depuis les années soixante-dix du siècle dernier. Contrairement aux batteries conventionnelles, les batteries produites par la société israélienne utilisent de l'énergie pour produire de la vapeur, de l'eau chaude ou de l'air chaud. Brenmiller Energy affirme que son usine, appelée Tempo, pourra stocker jusqu'à 35 MWh d'énergie, produisant jusqu'à 14 tonnes de vapeur par heure.
C'est très important pour l'économie d'Israël, où jusqu'à 45 % de toutes les émissions liées à l'énergie proviennent du secteur du chauffage industriel. Ce projet vise à remplacer les chaudières à vapeur qui fonctionnent aux combustibles fossiles traditionnels.
De nouvelles réalités exigent de nouvelles solutions. L'apparition de nouveaux types de batteries va contribuer au développement des technologies dans le domaine de l'économie d'énergie. Peut-être que dans quelques années, votre ordinateur portable ou votre smartphone n'aura plus besoin d'être rechargé tous les jours, car il fonctionnera pendant un mois, voire un an, sur une seule charge. Et en même temps, le nouveau type de batterie permettra non seulement d'économiser de l'énergie, mais contribuera également à la préservation de l'environnement.
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