Les batteries électriques, moteur de la prochaine révolution ?

batteries électriques

Si dernièrement les avancées technologiques en matière de batteries électriques semblaient toujours progresser de manière plus lente que le progrès des énergies renouvelables et de leur utilisation, cette tendance est désormais révolue !
Une découverte fortuite, l’utilisation de nouveaux matériaux et une technologie plus que prometteuse semblent ainsi nous prouver le fait que ce secteur est en pleine ébullition et que l’on peut espérer une véritable transition électrique et écologique d’ici les 5 prochaines années.

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Quand le hasard mène à une découverte révolutionnaire : les batteries électriques !

C’est en réalisant une expérience portant sur l’allongement de la durée de vie des batteries que la jeune Mya Le Thai, étudiante de l’Université de Californie d’Irvine (UCI) , a mise au point des batteries électriques pouvant effectuer jusqu’à 200 000 cycles de charges !
Les recherches de son équipe, financées par le Département de l’Energie américain, portaient essentiellement sur la possibilité d’utiliser des nano-fils d’or pour améliorer la résistance des batteries au lithium existantes. C’est donc par inadvertance que l’étudiante à enduit ces nano-fils d’un résidu d’une opération d’électrolyse précédente qu’elle avait sur les mains… Le résidu de plexiglas a renforcé et protégé les nano-fils d’or et l’étudiante a pu effectuer des milliers de cycles de charge sans détériorer la capacité de sa batterie test.
Les chercheurs de l’UCI ont répété l’expérience afin d’en valider les résultats. Entourant des électrodes de nano-fils d’or et les plaçant dans une gaine de dioxyde de manganèse, ils ont ensuite remplacé le lithium par un gel électrolyte, similaire au Plexiglas gélatineux utilisé par Mya.
Les électrodes ainsi renforcés ne sont plus sujettes aux problèmes de fissures habituels. Le gel a « plastifié » l’oxyde de métal, le rendant bien plus souple et résistant. Les chercheurs ont ainsi pu réaliser 200 000 cycles de charges sur un période de 3 mois (contre 5000 à 7000 cycles pour les modèles actuels), enregistrant une perte de capacité de seulement 5% sur toute la durée d’utilisation.
Les utilisations commerciales pour ce nouveau type de batteries électriques sont légions, notamment dans les domaines de l’automobile et de la production d’énergie.

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Le graphène, le matériau du futur ?

Les batteries lithium-ion, véritable référence du secteur aujourd’hui, vont certainement être remplacées par des batteries utilisant de nouveaux types de matériaux comme le graphène.
C’est en tout cas le pari qu’a réalisé la société espagnole Graphenano qui a récemment présenté une batterie pour voiture électrique ayant une autonomie de 800km pour un poids de 100 kg.
La jeune société espagnole s’est associée au constructeur chinois Chint, spécialiste de l’automatisation, de la production d’électricité et des panneaux solaires et a collaboré avec les universités de Cordoue et de Ciudad Real afin de mettre au point ces batteries d’un nouveau genre. C’est l’une de ses nombreuses filiales, Grabat Energy qui se chargera de la commercialisation des batteries en graphène, disponible pour les vélos, les motos, et même pour stocker l’énergie des panneaux solaires domestiques à l’image du Powerwall de Tesla.

La société s’est en effet spécialisée sur la question de l’utilisation potentielle du graphène dans des domaines aussi variés que celui de la médecine, la construction ou encore l’électronique.
Autonomie accrue, poids réduit, politique de prix très compétitive…les batteries Grabat pourraient bien devenir l’une des prochaines références d’un marché en plein développement, si elles se montrent à la hauteur de leurs promesses.

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Quand la nanotechnologie et l’électrochimie se rencontrent !

Plutôt que d’essayer d’ajuster la composition chimique des batteries lithium-ion afin d’améliorer leurs performances, l’ambitieux Yi Cui, fondateur de l’entreprise Amprius, a décidé de parier sur la possibilité d’appliquer les procédés utilisés dans le domaine des nanotechnologies au fonctionnement électrochimique des batteries électriques.
Véritables architectes des électrodes, Cui et son équipe ont su élaborer des solutions particulièrement ingénieuses et innovantes afin d’assurer le haut niveau de performance et la non détérioration des batteries électriques de nouvelle génération qu’ils développent.
Amprius a en effet choisit de concentrer leurs recherches notamment sur les batteries utilisant du silicium en lieu et place du graphite, principalement en raison du potentiel de stockage d’énergie bien plus faible de ce dernier : en théorie, une anode de silicium peut contenir jusqu’à 10 fois plus d’énergie que son homologue en graphite.

Mais une telle anode pose un réel défi technique : les particules de silicium se dilatent en effet jusqu’à 300% durant les charges avant d’être brutalement réduites durant la phase de décharge, ce qui fragilise rapidement l’intégrité de l’anode au bout de quelques cycles…
Amprius développa donc une première solution en 2008 sous la forme de nano-fils de silicium, plus flexibles, afin de compenser ce changement d’état problématique. Cette solution offrait un taux de rétention d’énergie de 75% même après 10 cycles de charge, mais le coût de fabrication des nano-fils était trop élevé.
En 2012, Amprius présenta sa nouvelle batterie avec une anode composée de particules de silicium entourées d’une couche protectrice et conductrice faite de carbone. Le phénomène d’expansion était contenu au sein de ces « coquilles » qui empêchaient également une réaction électrolyte/silicium. Après 1000 cycles de charge, 74% de l’énergie était conservée.
En 2014, Amprius améliora cette solution en assemblant leurs « coquilles » sous forme de « grenades », portant à 97% le taux de rétention après 1000 cycles de charges.
Les projets d’Amprius ne s’arrêtent pas là, la société a récemment présenté des feuilles de graphène contenant des particules de silicium, moins coûteuses à produire et plus performantes que leur assemblage complexe en grenade et elle s’intéresse maintenant à la mise au point, grâce à la nanotechnologie, d’une anode de lithium pur et d’une cathode de souffre stable.
A terme, Amprius espère bien parvenir à coupler ses diverses innovations et révolutionner le secteur dans son ensemble !

Photo : Le site Techniques de l’ingénieur

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