RENSEIGNER.COM

Innovations en matière de batteries

Article publié , mis à jour . .

Alors que les smartphones, et les autres objets du quotidien deviennent intelligents, ils sont encore limités par leur autonomie en termes de puissance. La batterie n'a pas avancé depuis des décennies, mais nous sommes à l’aube d'une révolution. Bien qu'il puisse s'écouler un certain temps avant que nos téléphones puissent tenir une semaine sans être rechargés, le développement progresse et les universités s'impliquent. Noté 5.0 sur 5 avec 1 votes

Des batteries à la durée de vie illimitée, à celles qui se rechargent en quelques secondes, nous avons rassemblé pour vous les découvertes les plus prometteuses en matière de batterie.

Des batteries immortelles

En 2016, des chercheurs de l'Université de Californie, Irvine, ont annoncé l'invention d'un matériau de nano-fils capable de plus de 200 000 cycles de charge sans aucune rupture des nano-fils. La technologie pourrait conduire à des batteries qui n'ont jamais besoin d'être remplacées dans la plupart des applications.

Au lieu du lithium, les chercheurs de l'UC Irvine ont utilisé des nano-fils d'or pour stocker l'électricité et ont découvert que leur système était capable de durer plus longtemps que les constructions traditionnelles au lithium. Les nano-fils d'or étaient renforcés par une coquille de dioxyde de manganèse enfermée dans un électrolyte en gel de type plexiglas. La combinaison était fiable et résistante à la rupture. Après le cyclage d'une électrode de test environ 200 000 fois, aucune perte de capacité ou de puissance, ni aucune rupture de nano-fils ne s'est produite.

L'idée originale de l'expérience était de fabriquer une batterie à l'état solide: celle qui utilise un gel électrolytique, plutôt qu'un liquide, pour aider à maintenir la charge. Les batteries liquides, à l'instar des batteries lithium-ion, sont extrêmement combustibles et sensibles à la température. L'équipe d'Irvine expérimentait une substitution avec un gel beaucoup plus épais.

Même si les quantités d'or utilisées dans cette expérience étaient minuscules, les batteries pourraient être, tout de même, coûteuses à fabriquer. Les chercheurs suggèrent qu'un métal plus commun, comme le nickel, pourrait remplacer l'or si la technologie devient plus mâture.

Des batteries à l'état solide qui se chargent en 7 minutes

Les batteries à l'état solide offrent traditionnellement une grande stabilité, mais au prix de la vitesse de transmission électrolytique. Des scientifiques de Toyota ont publiés les résultats de leurs recherches sur une batterie à semi-conducteurs qui utilise des conducteurs sulfoniques super-ioniques. Le résultat est une batterie qui peut fonctionner à des niveaux de super condensateur pour se charger ou se décharger complètement en seulement sept minutes.

La technologie des batteries à semi-conducteurs est de plus en plus considérée comme la prochaine grand étape dans le développement de la voiture électrique. Ce type de batterie utilise des électrolytes solides qui offrent une densité d'énergie plus élevée que les cellules lithium-ion d'aujourd'hui. On s'attend également à ce qu'elles coûtent moins cher et qu'elles soient plus sûres et plus fiables que les batteries d'aujourd'hui. La batterie Li-ion à l'état solide devrait également être capable de fonctionner à des températures allant de (-30 °C) à 100 °C.

Avec ce type de batteries, les véhicules électriques pourraient prétendre à des autonomies allant jusqu'à 200.000 km. Une commercialisation réussie de cette technologie pourrait être essentielle pour rendre les voitures électriques aussi abordables que les voitures à essence d'aujourd'hui. Les matériaux électrolytiques posent cependant encore quelques défis.

Les batteries au graphène

La société espagnole Graphenano a introduit une batterie au graphène qui pourrait permettre aux véhicules électriques d'avoir une portée maximale de 800 kilomètres. La batterie peut également être chargée en quelques minutes et cela pourrait plus que révolutionner les voitures électriques.

La batterie pourrait se décharger et se charger plus rapidement qu'une batterie lithium-ion standard (presque 33 fois). Elle ne présente pas non plus d'effet mémoire, un phénomène dans lequel charger une batterie plusieurs fois réduit son potentiel énergétique maximal. Mieux encore, des analyses indépendantes menées par TÜV et Dekra ont démontré que ces batteries sont sûres et qu'elles ne sont pas sujettes à des explosions comme les batteries au lithium.

Le graphène est un nanomatériau qui n'a qu'un atome d'épaisseur. Il est incroyablement résistant, mais est également flexible et élastique. On sait depuis longtemps que le graphène a une conductivité thermique et électrique très élevée. Il est aussi très léger et produit de l'électricité lorsqu'il est exposé à la lumière.

Le graphène permet de fabriquer des batteries légères, durables et adaptées au stockage d'énergie à haute capacité. Il permet aussi de raccourcir les temps de chargement et de prolonger la durée de vie de la batterie. Les batteries Li-ion peuvent être améliorées en introduisant du graphène dans l'anode de la batterie et en capitalisant sur la conductivité du matériau et les grandes surfaces pour obtenir une optimisation et une performance morphologiques.

Les batteries en mousse

Une start-up nommée Prieto Battery, a réussi à produire ce qu'on peut appeler la première véritable batterie 3D pouvant être rechargée et déchargée, en d'autres termes, la première qui remplit les exigences de base d'une batterie conventionnelle. Les batteries en mousse ou batteries 3D pourraient être moins chères à fabriquer, plus rapides à charger, plus sûres, plus petites et moins toxiques pour l'environnement que les batteries conventionnelles. De plus, parce qu'elles peuvent être légères, flexibles et arborer une variété de formes presque illimitée, elles pourraient offrir des applications de stockage d'énergie inimaginables.

La mousse est la matière première sur laquelle est déposé par électrolyse l'antimoine de cuivre anodique. La mousse est si poreuse qu'un petit fragment pourrait contenir une surface énorme. L'augmentation de la surface réduit la distance que les ions doivent parcourir, augmentant ainsi à la fois la puissance et la densité énergétique.

Le produit final est une batterie en mousse de deux pouces de diamètre et l'épaisseur d'une feuille de papier. Scellées dans une pochette en plastique, les batteries Prieto peuvent se recharger rapidement et stocker jusqu'à deux fois plus d'énergie par unité de volume que les batteries conventionnelles et sont dépourvues de la propension malheureuse à la surchauffe des batteries lithium-ion.

L'idée d'utiliser des matériaux poreux comme composants de batterie n'est pas nouvelle: de nombreuses batteries au plomb, par exemple, utilisent de la mousse de plomb comme anode. L'idée d'une batterie entièrement faite de mousse est née du travail de Debra Rolison, chimiste chercheuse au Naval Research Laboratory.

Des batteries flexibles

La batterie Jenax J.Flex a été mise au point pour permettre le développement de gadgets flexibles. Lors de la première Wearable Expo à Tokyo, Jenax, une société basée à Busan, a dévoilé une nouvelle batterie révolutionnaire capable d'être pliée, tordue, froissées et même de pliées comme des origamis japonais. La société affirme que la batterie, baptisée « JFlex », a été conçue spécifiquement pour permettre la production d'appareils mobiles avec des facteurs de forme non conventionnels.

Pendant le test de stress, le JFlex a été plié plus de 200 000 fois sans aucun effet négatif sur la performance. Il est également lavable (à condition que les fils électriques soient étanches), ce qui ajoute une utilisation potentielle dans les tissus et les vêtements intelligents. La société envisage des applications bien au-delà des dispositifs portables, y compris les dispositifs médicaux, les trackers GPS, les robots, les ordinateurs, les technologies domestiques et l'aéronautique.

Pour l'intégration dans un produit portable, les batteries au lithium doivent être optimisées. La société affirme que dans un arrangement imitant un bracelet de montre, J Flex avait au moins six fois la capacité des cellules actuellement disponibles sur le marché des smartwatches». La batterie a passé haut les mains tous les tests de sécurité exigés par la Corée du Sud.

Batteries à recharge acoustique

uBeam utilise des ultrasons pour transmettre l'électricité. L'électricité est transformée en ondes sonores, inaudibles pour les humains et les animaux, qui sont transmises puis reconverties en énergie dès qu'elles atteignent l'appareil.

Meredith Perry, une diplômée en astrobiologie de 25 ans, a découvert le concept uBeam. Elle a lancé la société qui permettra de charger des gadgets par voie hertzienne en utilisant une plaque de 5 mm d'épaisseur. Ces émetteurs peuvent être attachés aux murs, ou transformés en art décoratif, pour transmettre de l'énergie aux smartphones et aux ordinateurs portables. Les gadgets ont juste besoin d'un mince récepteur pour recevoir la charge.

Aujourd'hui, la plupart des chargeurs sans fil ne le sont que de nom. La plupart des ces dispositifs exigent que l'utilisateur place l'appareil sur un socle, ce qui limite son utilisation pendant la charge. uBeam est différent: sa technologie diffuse un faisceau d'ondes sonores à haute fréquence qui sont captées par un récepteur logé dans le boîtier du téléphone. Ces ondes sont ensuite converties en électricité. L'avantage implicite de l'approche d'uBeam est qu'il permet de charger pendant que le téléphone est utilisé.

La possibilité d'alimenter des appareils sans l'aide de piles pourrait également aider les utilisateurs de petits appareils, comme les prothèses auditives.

Des batteries qui chargent en quelques secondes

En atteignant un taux de charge 100 fois plus rapide que toute autre batterie, la technologie de StoreDot permet de charger un smartphone en seulement 60 secondes. En adoptant une nouvelle approche dans l'ingénierie de la batterie, StoreDot a entièrement repensé l'architecture interne de la batterie.

Les véhicules électriques seront bientôt équipés d'un pack comprenant des centaines de cellules qui peuvent stocker suffisamment d'énergie pour parcourir une distance de 480 km avec une charge de 5 minutes. Cela se traduit par 100 km d'autonomie avec juste une minute de charge.

En utilisant une électrode multifonction hybride unique (MFE), la batterie flash de StoreDot combine deux types de solutions de stockage d'énergie, intégrant une capacité de charge rapide avec une haute capacité de stockage énergie et un faible taux de décharge spontanée.

Cette capacité de charge optimisée est obtenue grâce à une structure d'électrode innovante contenant des polymères organiques exclusifs avec des composants en oxyde de lithium métallique. Cette solution fait passer les ions à une vitesse qui ne pouvait pas être atteinte par les technologies existantes. Associée à un séparateur et à un électrolyte exclusif, cette nouvelle architecture offre un courant élevé et une faible résistance interne, avec une densité d'énergie accrue et une durée de vie prolongée de la batterie.

Contrairement à d'autres batteries qui contiennent des métaux lourds toxiques et polluants, les matériaux de StoreDot ont une empreinte environnementale minimale.

Des batteries à haute densité énergétique

Une voiture électrique a pu rouler 1 700 km avec une seule charge. Le secret de cette performance est une batterie aluminium-air, qui utilise l'oxygène naturellement présent dans l'air comme cathode, ce qui la rend beaucoup plus légères que les batteries lithium-ion remplies de liquide. Pour rappel, les batteries Li-ion des voitures actuelles, on une autonomie maximale de 480 km.

Phinergy, l'entreprise qui a créé la batterie, est une compagnie israélienne qui a travaillé avec le spécialiste de l'aluminium Alcoa Canada. Pour réduire les coûts, les batteries sont fabriquées au Canada, où le prix de l'électricité est plus abordable.

Historiquement, les batteries aluminium-air étaient confinées à des applications militaires en raison de la nécessité d'enlever l'oxyde d'aluminium et de remplacer les plaques d'anode en aluminium. Phinergy affirme que son matériau de cathode breveté permet à l'oxygène de l'air ambiant de pénétrer librement dans la cellule, tout en bloquant la contamination par le dioxyde de carbone, qui est historiquement une cause de défaillance des cellules aluminium-air.

Dans une étude datant de 2002, des chercheurs de l'Université de Rhode Island ont conclu que les batteries aluminium-air étaient la seule technologie qui pourrait permettre aux voitures électriques d'avoir un rayon d'action comparable à celui des voitures conventionnelles. Selon l'étude, ces batteries sont les candidats les plus prometteurs en termes de distance parcourue et de prix d'achat.

Des batteries alimentées par de l'urine

Alors que d'autres essaient de créer des piles avec des feuilles ou des pommes pourries, les chercheurs de l'Université de Bath travaillent dur pour transformer en carburant le liquide le plus omniprésent et le plus gaspillé: l'urine. Les dernières avancées de cette technologie pourraient signifier des batteries bon marché et durables pour les parties du monde qui en ont le plus besoin.

Les piles à combustible microbiennes (MCF) ne sont pas nouvelles sur le plan scientifique, mais les chercheurs de Bath, associés à ceux de l'Université Queen Mary de Londres et du Bristol Bioenergy Centre, ont découvert que l'urine était un matériau supérieur à la matière végétale en décomposition. Les bactéries à l'intérieur des cellules réalisent des réactions de réduction et d'oxydation, produisant de l'électricité qui peut être exploitée sous forme de batterie. Et choisir l'urine comme combustible signifie un processus plus rapide, plutôt que d'attendre que la matière végétale pourrisse.

Le Dr Mirella Di Lorenzo, co-auteur de l'étude sur l'urine comme source d'énergie, a déclaré: «Les piles à combustible microbiennes peuvent jouer un rôle important dans la recherche de solutions qui favorisent une énergie sûre, abordable et respectueuse de l'environnement.». En effet, les batteries à l'urine sont un bel exemple de recyclage. L'équipe s'efforce actuellement de trouver des moyens de rendre les batteries plus puissantes et plus durables.

Les batteries limitaient la taille et l'autonomie de nombreux dispositifs, mais les choses risquent de changer dans un proche avenir. Grâce aux recherches entreprises dans les universités et les centres de recherches, nous aurons sous peu des batteries plus performantes, moins encombrantes et plus vertueuses sur le plan écologique. Loin d'être de la science-fiction, ces innovations seront bientôt une réalité.

Svp, notez l'article
5.0 1

Poser une question

Vous n'êtes pas connecté. Vous pouvez quand même poster une question, elle vous sera attribuée si vous décidez de vous connecter ultérieurement.

Directeur de publication: Laurent PAGE, email: laurent@page.live, téléphone: +262 262 92 66 38, site: