{"id":25871,"date":"2020-07-13T21:51:00","date_gmt":"2020-07-13T19:51:00","guid":{"rendered":"https:\/\/autoestrada.ch\/une-nouvelle-superbatterie\/"},"modified":"2021-08-25T15:05:09","modified_gmt":"2021-08-25T13:05:09","slug":"une-nouvelle-superbatterie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/autoestrada.ch\/fr\/une-nouvelle-superbatterie\/","title":{"rendered":"Une nouvelle superbatterie"},"content":{"rendered":"<p lang=\"it-IT\" style=\"margin-bottom: 0cm;\">La demande en batteries pour stocker les \u00e9nergies renouvelables va cro\u00eetre massivement. Pouvons-nous en concevoir qui impactent moins l\u2019environnement et pr\u00e9servent mieux nos ressources que les batteries lithium-ion?<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">L\u2019\u00e9conomie mondiale exige de plus en plus de batteries au lithium-ion. Les voitures \u00e9lectriques en d\u00e9pendent, tout comme les ordinateurs portables, les smartphones et les outils \u00e9lectriques pour les secteurs de la construction et du bricolage. Bient\u00f4t, un autre domaine qui n\u00e9cessite des batteries rechargeables \u00e0 grande \u00e9chelle \u00e9mergera: le stockage d\u2019\u00e9nergie renouvelable qui ne peut pas \u00eatre utilis\u00e9e directement. Les quantit\u00e9s croissantes d\u2019\u00e9lectricit\u00e9 verte temporairement disponibles ne peuvent plus \u00eatre stock\u00e9es dans les seules centrales \u00e0 pompage-turbinage car le r\u00e9seau \u00e9lectrique surcharg\u00e9 ne le permet gu\u00e8re. La demande de batteries stationnaires \u00e0 faible co\u00fbt va donc augmenter fortement. Elles doivent \u00e9galement \u00eatre fabriqu\u00e9es \u00e0 partir de mat\u00e9riaux respectueux de l\u2019environnement, dans la mesure du possible, a\ufb01n de ne pas \u00e9puiser davantage les r\u00e9serves mondiales de lithium et de cobalt \u2013 ces substances sont contenues dans les batteries lithium-ion. Kostiantyn Kravchyk et Maksym Kovalenko, chercheurs de l\u2019Empa et de l\u2019ETH Zurich, ont examin\u00e9 de plus pr\u00e8s les alternatives possibles aux batteries lithium-ion. Ils ont \u00e9tudi\u00e9 des dizaines de publications de groupes de recherche du monde entier et ont syst\u00e9matiquement men\u00e9 leurs propres exp\u00e9riences. Leurs \u00e9valuations ont \u00e9t\u00e9 publi\u00e9es au d\u00e9but de l\u2019ann\u00e9e dans le New Journal of Chemistry, entre autres.<\/p><div class=\"autoestrada-nel-contenuto autoestrada-entity-placement\" id=\"autoestrada-1359094011\" style=\"position: relative;padding: 30px;border: 2px solid red;margin: 25px auto 35px;text-align: center;width: fit-content;\"><div class=\"autoestrada-adlabel\">Annonce<\/div><div id=\"autoestrada-1782519368\"><!-- START ADVERTISER: from tradedoubler.com -->\r\n<script type=\"text\/javascript\">\r\nvar uri = 'https:\/\/impfr.tradedoubler.com\/imp?type(img)g(25346028)a(2263928)' + new String (Math.random()).substring (2, 11);\r\ndocument.write('<a href=\"https:\/\/clk.tradedoubler.com\/click?p=289682&a=2263928&g=25346028\" target=\"_BLANK\"><img src=\"'+uri+'\" border=0><\\\/a>');\r\n<\/script>\r\n<!-- END ADVERTISER: from tradedoubler.com --><\/div><\/div>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">Loin du Lithium \u2013 vers le Sodium?<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">L\u2019une des id\u00e9es les plus simples serait de remplacer le lithium par du sodium. C\u2019est tout sauf rare : le chlorure de sodium se trouve dans l\u2019eau de mer et est accessible partout dans le monde. Mais les avantages sont limit\u00e9s. Comme un ion sodium est environ 50 % plus grand qu\u2019un ion lithium, les mat\u00e9riaux de la cathode sont \u00e9lectrochimiquement moins stables. Par exemple, l\u2019oxyde de sodium-cobalt (qui correspond \u00e0 l\u2019oxyde de lithium-cobalt d\u2019une batterie lithium-ion standard) peut supporter beaucoup moins de cycles de charge. Cela \u00e9limine l\u2019id\u00e9e d\u2019un co\u00fbt avantageux. Il y a \u00e9galement des probl\u00e8mes du c\u00f4t\u00e9 oppos\u00e9 de la batterie, avec le mat\u00e9riau de l\u2019anode. Le graphite (comme dans la batterie lithium-ion) est inutile pour les batteries au sodium car il stocke trop peu d\u2019ions sodium. Des exp\u00e9riences avec de l\u2019\u00e9tain, de l\u2019antimoine ou du phosphore bon march\u00e9 ont montr\u00e9 de bons r\u00e9sultats dans le stockage des charges \u00e9lectriques, mais lors de la charge, l\u2019anode gon\ufb02e jusqu\u2019\u00e0 avoir trois fois son volume d\u2019origine. Cela nuit \u00e0 la stabilit\u00e9 m\u00e9canique: en cas de choc, le mat\u00e9riau gon\ufb02\u00e9 peut facilement se d\u00e9sint\u00e9grer et la batterie serait endommag\u00e9e. Avec les anodes de phosphore, il y a un probl\u00e8me encore plus grave: lors de la charge, du phosphure de sodium (Na3P7) se forme dans l\u2019anode, qui, avec l\u2019eau, produit du monophosphane, un gaz extr\u00eamement toxique qui entra\u00eene une insuf\ufb01sance respiratoire. Les phosphures m\u00e9talliques, qui sont utilis\u00e9s comme raticide, agissent de la m\u00eame mani\u00e8re. Presque personne ne voudrait avoir une telle batterie, enti\u00e8rement charg\u00e9e \u00e0 l\u2019\u00e9nergie solaire, dans sa cave.<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">Et le magn\u00e9sium?<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">Le magn\u00e9sium suit le sodium dans le tableau p\u00e9riodique chimique. Il s\u2019agit d\u2019un petit atome l\u00e9ger qui peut transf\u00e9rer deux \u00e9lectrons \u00e0 la fois. Le magn\u00e9sium est bon march\u00e9 et non toxique. Pourrait-on l\u2019utiliser pour fabriquer des piles ? Du c\u00f4t\u00e9 de l\u2019anode de la batterie, le magn\u00e9sium pr\u00e9sente en effet des avantages: Vous n\u2019avez pas besoin de graphite (comme dans les batteries lithium-ion), mais vous pouvez utiliser directement du magn\u00e9sium m\u00e9tallique comme anode. Mais le petit ion de magn\u00e9sium \u00e0 double charge pr\u00e9sente des inconv\u00e9nients du c\u00f4t\u00e9 de la cathode. La charge \u00e9lectrique \u00e9lev\u00e9e sur un petit diam\u00e8tre entra\u00eene des forces d\u2019attraction \u00e9lectrique \u00e9lev\u00e9es. Par exemple, l\u2019ion ne se glisse dans un r\u00e9seau d\u2019oxyde de cobalt qu\u2019avec une grande force, et s\u2019il y est coinc\u00e9, il est dif\ufb01cile de le faire sortir \u00e0 nouveau. Quiconque tente de le faire par la force \u2013 c\u2019est-\u00e0-dire avec des tensions plus \u00e9lev\u00e9es \u2013 risque de d\u00e9clencher des processus d\u2019oxydation et de r\u00e9duction des composants chimiques de la batterie, et donc de les d\u00e9truire. Ces piles ne se chargent donc pas rapidement et ne peuvent \u00eatre utilis\u00e9es que dans une plage de tension r\u00e9duite si elles doivent durer longtemps.<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">Adieu au \u00abRocking Chair\u00bb<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">Si vous faites un pas de plus vers la droite dans le tableau p\u00e9riodique du magn\u00e9sium, vous vous retrouvez avec de l\u2019aluminium. Ce m\u00e9tal est \u00e9galement disponible en grande quantit\u00e9, il est non toxique et bon march\u00e9. Il peut transf\u00e9rer trois \u00e9lectrons. Comme la pile au magn\u00e9sium, l\u2019anode est facile \u00e0 fabriquer ; une feuille d\u2019aluminium suf\ufb01t. Cependant, le reste d\u2019une batterie en aluminium fonctionne de mani\u00e8re fondamentalement diff\u00e9rente d\u2019une batterie au lithium-ion: les batteries au lithium-ion sont connues sous le nom de rocking chairs. Lors de la d\u00e9charge, les ions de lithium se d\u00e9placent de l\u2019anode \u00e0 la cathode, lors de la charge, ils reviennent. En revanche, dans une pile en aluminium, les ions d\u2019aluminium ne migrent pas directement entre l\u2019anode et la cathode. Au lieu de cela, les composants du \ufb02uide \u00e9lectrolytique sont \u00abconsomm\u00e9s\u00bb par les deux \u00e9lectrodes pendant la charge. D\u2019une part, l\u2019\u00e9lectrolyte fournit de l\u2019aluminium, qui est d\u00e9pos\u00e9 sur l\u2019anode sous forme de m\u00e9tal. De l\u2019autre c\u00f4t\u00e9 de la batterie, les ions AlCl4- sont extraits du liquide d\u2019\u00e9lectrolyte et d\u00e9pos\u00e9s dans l\u2019anode en graphite. La quantit\u00e9 d\u2019\u00e9lectrolyte disponible est donc d\u00e9terminante pour la capacit\u00e9 de la batterie. En raison de ce principe fonctionnel chimique, une batterie aluminium-graphite sera toujours environ cinq fois plus lourde qu\u2019une batterie lithium-ion comparable. En outre, il existe un autre probl\u00e8me : la cathode en graphite se dilate jusqu\u2019\u00e0 plus de deux fois son volume initial lors de chaque processus de charge et se contracte \u00e0 nouveau lorsqu\u2019elle est d\u00e9charg\u00e9e. Cela signi\ufb01e que ces piles ont besoin d\u2019une enveloppe ext\u00e9rieure souple et d\u2019un bo\u00eetier de protection offrant suf\ufb01samment d\u2019espace pour \u00abrespirer\u00bb. L\u2019in\ufb02ation et le r\u00e9tr\u00e9cissement ont un effet n\u00e9gatif sur la r\u00e9sistance aux vibrations et la stabilit\u00e9 \u00e0 long terme. De nouvelles solutions de conception sont n\u00e9cessaires dans ce domaine.<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">Nouvelle gestion des batteries<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">L\u2019algorithme de charge de ces batteries non lithium-ion constitue un d\u00e9\ufb01 suppl\u00e9mentaire. Le groupe de recherche dirig\u00e9 par Kravchyk et Kovalenko a d\u00e9couvert que la performance d\u2019une \u00e9lectrode en aluminium graphite pouvait \u00eatre augment\u00e9e jusqu\u2019\u00e0 25 % gr\u00e2ce \u00e0 une charge intelligente et progressive. Un groupe de recherche travaillant \u00e0 Ta\u00efwan, en Chine, aux \u00c9tats-Unis et en Allemagne a d\u00e9couvert que ces \u00e9lectrodes sont nettement plus ef\ufb01aces lorsqu\u2019elles sont refroidies \u00e0 \u201310 degr\u00e9s Celsius. Ces r\u00e9sultats montrent clairement qu\u2019un tout nouveau syst\u00e8me de gestion des batteries, c\u2019est-\u00e0-dire de nouveaux capteurs, chargeurs et algorithmes, doit \u00eatre mis au point pour des batteries chimi-quement compl\u00e8tement diff\u00e9rentes. On ne sait pas encore tr\u00e8s bien laquelle des technologies de batteries d\u00e9crites ici pr\u00e9vaudra et pourra remplacer les batteries lithium-ion dans certains domaines. Dans leur analyse, les chercheurs soulignent \u00e9galement qu\u2019aucune des technologies pr\u00e9sent\u00e9es ne peut rivaliser avec les batteries lithium-ion en termes de densit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique. Il est tr\u00e8s probable que cela restera le cas \u00e0 l\u2019avenir. Ces piles alternatives ne sont donc concevables que pour des applications dans lesquelles l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 doit \u00eatre stock\u00e9e \u00e0 un co\u00fbt aussi bas que possible et o\u00f9 l\u2019accent est mis sur une production \u00e9cologique de piles.<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">Recherche plus orient\u00e9e vers les applications<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">Il reste donc beaucoup \u00e0 faire pour les groupes de recherche du monde entier avant que les piles alternatives ne fassent une perc\u00e9e. Kostiantyn Kravchyk et Maksym Kovalenko souhaitent une approche plus holistique. \u00abDans le monde de la recherche, une exp\u00e9rience ne fait souvent que prouver la faisabilit\u00e9 d\u2019une id\u00e9e &#8211; le co\u00fbt de tous les composants n\u00e9cessaires et le poids total estim\u00e9 du syst\u00e8me complet de batteries, en revanche, sont souvent n\u00e9glig\u00e9s\u00bb, explique M. Kravchyk. Mais ce sont pr\u00e9cis\u00e9ment ces param\u00e8tres qui sont d\u00e9cisifs pour une \u00e9ventuelle commercialisation. \u00abIls devraient donc \u00eatre davantage pris en compte dans les travaux de recherche que ce n\u2019est le cas jusqu\u2019\u00e0 pr\u00e9sent\u00bb.<\/p>\n<p style=\"margin-bottom: 0cm;\">Malgr\u00e9 cette \u00e9tude quelque peu d\u00e9cevante, Kostiantyn Kravchyk continuera \u00e0 l\u2019avenir \u00e0 faire des recherches sur les piles de rechange. \u00abLes syst\u00e8mes utilisant le graphite comme cathode continueront \u00e0 \u00eatre tr\u00e8s int\u00e9ressants. Nous avons d\u00e9j\u00e0 pu montrer que le gon\ufb02ement et le r\u00e9tr\u00e9cissement du mat\u00e9riau de la cathode est \u00e9galement un probl\u00e8me qui peut \u00eatre surmont\u00e9. \u00abAvec ses coll\u00e8gues, il fait ac-tuellement des recherches sur des \u00e9lectrodes en graphite \u00absemi-solide\u00bb qui sont durables et peuvent en m\u00eame temps bien transmettre l\u2019\u00e9lectricit\u00e9.<\/p>\n<p lang=\"it-IT\" style=\"margin-bottom: 0cm;\">\u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>La demande en batteries pour stocker les \u00e9nergies renouvelables va cro\u00eetre massivement. Pouvons-nous en concevoir qui impactent moins l\u2019environnement et pr\u00e9servent mieux nos ressources que les batteries lithium-ion? L\u2019\u00e9conomie mondiale exige de plus en plus de batteries au lithium-ion. 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