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Une batterie durable durable pourrait être au coin de la rue

Une batterie durable durable pourrait être au coin de la rue

Imaginez un monde où vous n'aurez jamais à vous soucier de trouver un endroit pour charger la batterie de votre téléphone? Le rêve utopique d'une batterie durable et durable pourrait bien être au coin de la rue.

Mais est-ce réaliste? Bien que nous n'en soyons pas encore là, il y a eu une vague de travaux de chercheurs du monde entier pour en faire une possibilité distincte.

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Les chercheurs et autres scientifiques ont réalisé il y a longtemps que si nous voulons sérieusement passer à un avenir plus durable, nous devons vraiment résoudre le problème du stockage d'énergie à capacité limitée, comme les batteries. Cela a conduit à des discussions mondiales sur la question à l'étude.

Il y a même eu une explosion de startups agiles se consacrant au travail. Leurs solutions vont des améliorations incrémentielles sur l'ancienne conception de la batterie à des solutions plus prêtes à l'emploi.

À ce jour, ceux-ci vont des micro-condensateurs, des piles à combustible miniatures à oxyde solide, du polymère de graphène, de l'aluminium-graphite, de la technologie des nanofils d'or et même du sodium. Il existe des batteries qui peuvent être chargées par l'eau, la peau, les ondes sonores, l'urine et les plantes et même le sel et la mousse.

Pourtant, malgré cette explosion d'idées, aucune n'a encore pu être commercialement viable. Au moins pas encore.

Un obstacle pourrait être le manque de fonds que ce domaine de recherche a réussi à obtenir. Lux Research, une société de recherche technologique, a estimé que4 milliards de dollars consacrés à la recherche énergétique, uniquement 1% a été plongé dans la recherche énergétique au cours de la dernière 10 années.

Selon l'American Energy Innovation Council, les États-Unis, en particulier, dépensent plus pour les variétés de croustilles et de tortillas que pour la R et D. durables.

Pourquoi nous devons nous éloigner du lithium-ion

Mais quel est le problème avec les batteries lithium-ion, nous vous entendons pleurer. Cette technologie est largement disponible et relativement abordable pour la plupart.

Mais cela dément le véritable coût de ces petits magasins d'énergie. Leur production est loin d'être durable.

Leurs composants proviennent souvent de mines non éthiques et ont tendance à être très dommageables pour l'environnement lorsqu'ils atteignent la fin de leur vie.

En fait, les batteries Li-on ne sont pas une innovation récente, malgré ce que vous pourriez penser. La technologie peut retracer son origine vers 1912 grâce aux travaux d'un physicien américain Gilbert Newton.

Mais ce n'est que dans les années 1970 que les batteries Li-on non rechargeables arriveront sur le marché.

Alors qu'aujourd'hui ils sont disponibles dans une grande variété de tailles et de formes, leur anatomie de base est pratiquement identique. Les batteries Li-on polymère, par exemple, ne diffèrent vraiment de leurs autres frères et sœurs Li-on que par l'utilisation d'électrolyte polymère solide sec.

Les premières batteries Li-on rechargeables utilisaient des électrodes à base de lithium, mais cela s'est avéré loin d'être idéal dans les années 1980. Ils pourraient effectivement devenir très chauds et pourraient même être un risque d'incendie potentiel.

Les batteries d'aujourd'hui, en revanche, remplacent le lithium métal et utilisent à la place du lithium cobalt pour la cathode et du graphite pour l'anode. L'électrolyte de la batterie est également composé de sel de lithium.

La demande de batteries lithium-ion a conduit à une énorme soif de lithium dans le monde entier. À tel point que son prix a doublé entre 2016 et 2018.

L'une des plus grandes sources de lithium est le soi-disant triangle du lithium qui couvre l'Argentine, la Bolivie et le Chili. Pour l'extraire, les mineurs forent des trous dans des marais salants et pompent de la saumure salée riche en minéraux à la surface.

Celui-ci est ensuite simplement évaporé au soleil et les sels riches en lithium mis au rebut. Mais ce processus utilise beaucoup d'eau.

Tellement, en fait, que les agriculteurs locaux souffrent vraiment du manque d'une quantité décente d'eau pour leurs cultures. Non seulement cela, mais le processus d'extraction du lithium peut conduire à la possibilité que des produits chimiques toxiques utilisés dans le processus fuient dans le cycle de l'eau local.

Leur élimination est également problématique pour l'environnement. Bien que trouver des méthodes pour les recycler efficacement ou trouver d'autres méthodes pour extraire le lithium de l'eau de mer pourrait aider à résoudre un goulot d'étranglement potentiel dans l'approvisionnement, il ne s'agit en réalité que d'un plâtre sur un bras cassé.

Nous devons vraiment trouver une alternative à cette batterie vénérable et omniprésente.

Quelles sont les alternatives potentielles au Li-on?

À ce jour, il existe des domaines de recherche intéressants qui pourraient permettre de démarrer Li-on de son trône. La croissance de l'électronique au cours du siècle dernier montre que le besoin d'une batterie durable et durable est de plus en plus pressant.

D'autres industries donnent également l'impulsion nécessaire pour régler ce problème dès que possible. Les véhicules électriques, en particulier, exerceront encore plus de pression sur la diminution des ressources naturelles et aggraveront les pratiques déjà discutables employées dans la production de batteries lithium-ion aujourd'hui.

Gardant cela à l'esprit, les 4 domaines de recherche suivants pourraient ouvrir la voie à une batterie du futur plus durable et plus durable. Il existe de nombreux autres projets, mais ceux-ci sont parmi les plus prometteurs.

1. Les batteries en aluminium seraient meilleures pour l'environnement

Un potentiel, des chercheurs de l'Université Victoria de Wellington, consiste à examiner un nouveau type d'électrolyte. Ils, en collaboration avec l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Clermont-Ferrand en France, pourraient être la clé des batteries aluminium pratiques.

Selon le professeur Thomas Nann, responsable de la recherche, «cet électrolyte rendra les batteries en aluminium moins chères et plus faciles à produire. Il est plus abordable que les liquides ioniques actuellement utilisés dans les batteries en aluminium, et il est également plus durable, car notre électrolyte peut être fabriqué à partir de les plantes."

Cela pourrait avoir des jambes. Si possible, les batteries à base d'aluminium constitueraient une excellente alternative. Ils seraient non toxiques, auraient peu ou pas de risque d'explosion, seraient facilement recyclables et l'aluminium se trouve être l'un des métaux les plus abondants sur Terre!

2. L'ajout de molybdène et de soufre au mélange pourrait être la solution

Sans remplacer techniquement le lithium, une équipe de recherche de l'Université du Texas travaille à rendre l'utilisation du lithium dans les batteries plus efficace et plus sûre pour l'environnement.

Selon l'équipe, les batteries au lithium-soufre seraient moins coûteuses à produire, seraient très légères et stockeraient plus de deux fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion traditionnelles. Mais le soufre est un mauvais conducteur électrique, les électrodes de soufre ont également tendance à se décomposer pendant la charge - ce qui est loin d'être idéal.

Mais ils ont réussi à trouver une solution de contournement. En ajoutant du molybdène au soufre, les électrodes deviennent soudainement conductrices et, plus important encore, stables.

«C'était ce que tout le monde recherchait depuis longtemps», a déclaré le Dr Kyeongjae Cho, membre de la recherche. «C’est la percée. Nous essayons de supprimer les réactions secondaires. C’est une technologie de protection.

«Nous passons à l'étape suivante et nous stabiliserons complètement le matériau et l'amènerons à une technologie commerciale réelle, pratique.»

3. Peut-être devrions-nous réinventer complètement la roue?

Une autre alternative, proposée par des chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Empa en Suisse, consiste à changer complètement les matériaux utilisés dans l'électrolyte et les électrodes.

Le nitrure de titane pourrait être un bon remplacement des électrolytes actuels à base de lithium. Il s'agit d'un matériau de type céramique qui présente une conductivité électrique élevée.

Maksym Kovalenko de l’ETH Zurich a déclaré: «Ce composé est composé d’éléments très abondants, le titane et l’azote, et il est facile à fabriquer.»

Il peut également être facilement transformé en films minces.

Le graphite est également facilement utilisé comme cathode dans les solutions de batteries durables comme les batteries en aluminium. L'équipe a découvert qu'ils pouvaient remplacer le graphite par un hydrocarbure en forme de chaîne appelé polypyrène.

Bien que cela puisse sembler un choix étrange, il présente des avantages intéressants par rapport au graphite. L'un des plus importants étant la capacité d'influencer ses propriétés.

La combinaison de nitrure de titane et de polypyrène pourrait ouvrir la porte à ce que l'on appelle des «cellules de poche» qui sont des batteries enfermées dans un film flexible.

4. Les électrodes au sulfure pourraient prolonger la durée de vie des batteries au lithium

Des chercheurs de l'Université de Floride centrale ont travaillé sur une batterie durable à base de sulfure. Dans un rapport récent publié dans la revue Advanced Energy Materials, ils décrivent comment ils ont conçu un nouveau type d'électrode.

Selon eux, cette électrode présente une excellente conductivité, est stable à des températures élevées et devrait être relativement bon marché à fabriquer. Non seulement cela, mais son utilisation pourrait prolonger la durée de vie des batteries au lithium existantes.

Ils estiment que cela pourrait signifier que les batteries au lithium pourraient conserver leurs hautes performances pendant des milliers de cycles de recharge sans se dégrader.

Leur solution est de remplacer la cathode par un alliage à couche mince de sulfure de nickel et de sulfure de fer. Cette combinaison apporte à la cathode de nombreux avantages intéressants par rapport aux conventionnels entre 300 et 500 fois.

Le secret est leur combinaison de sulfures de nickel et de fer en un film mince. Ce film est ensuite gravé pour le rendre poreux au niveau nanométrique.

Ces nanopores, ou structures trouées, élargissent considérablement la surface disponible pour la réaction chimique.

«Il s'agit d'une technologie à couche mince vraiment transformatrice», a déclaré Yang.


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