[News] Quel futur pour les batteries ?

L'étude des phénomènes naturels...

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Redbran
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[News] Quel futur pour les batteries ?

Message par Redbran » 22/12/2016 - 12:00:17

Depuis quelques années, les batteries sont entrées dans leur âge d’or. Mais quelles sont les voies les plus prometteuses pour pousser plus loin leurs performances et leur compatibilité environnementale ? Au-delà de la simple autonomie, quels éléments utiliser pour produire des batteries encore plus efficaces et peu polluantes ? Comment s’assurer qu’elles survivent longtemps ? Comment identifier rapidement une cellule défectueuse pour vite la remplacer ou la réparer ? C’est à ces questions qu'un professeur du Laboratoire chimie du solide et énergie (CNRS / Collège de France), en collaboration avec une chercheuse britannique de l’Université de Cambridge, apportent des éléments de réponse dans un article publié dans la revue Nature Materials.


Prototype de batterie sodium-ion au format 18650 mis au point par le CEA et le CNRS dans le cadre du Réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie (RS2E), coordonné par JM Tarascon.
Au-delà de l’autonomie, des questions environnementales

Les besoins croissant en batteries, notamment pour l’industrie automobile et le stockage stationnaire des énergies renouvelables, reposent sur la technologie Li-ion et mettent une forte pression sur les ressources en lithium. Même si une pénurie n’est pas encore à craindre pour les prochaines années, les chercheurs travaillent sur des technologies utilisant des matériaux contenant peu ou pas de lithium comme le Na-ion, des technologies plus facilement recyclables...

Les deux chercheurs mettent en avant l’exemple du LiFePO4 (un matériau d’électrode positive pour batteries Li-ion largement commercialisé et synthétisable à basse température ne contenant que du fer et du phosphate, deux composés très abondants sur Terre). Même s’il souffre d’une pénalité dans sa densité d’énergie (autonomie) il est de plus en plus employé dans les véhicules électriques. On est ici à l’opposé de composés comme le LiCoO2, très utilisé dans les smartphones, mais contenant du cobalt rare, cher et toxique.

Une autre stratégie, à moyen terme, seraient de quitter complètement la technologie Li-ion pour se tourner vers des technologies comme le Li/S, le Na-ion, le Mg-ion, le Ca-ion, le Li-air.

Toutes ces technologies présentent des avantages que ce soit en termes d’abondance (le sodium est 1000 fois plus abondant que le lithium; le calcium, 3000 fois plus) ou en termes de recyclage comme avec les électrodes organiques ou les liants obtenus à partir de ressources naturelles comme la CMC (carboxyméthylcellulose). Les verrous de ces batteries du futur sont cependant nombreux. Par exemple, dans le cas des batteries Mg-ion il y a une difficulté à identifier des matériaux capables d’insérer les ions Mg2+ au-delà de 1.3V et de trouver des électrolytes compatibles. Mais les avancées sont rapides, par exemple, dans le cas des batteries Na-ion où CNRS et le CEA ont mis au point via le RS2E (Réseau sur le Stockage Electrochimique de l'Energie du CNRS) un prototype viable en cours de valorisation pré-industrielle.

Vers une médecine personnalisée des batteries ?

Un autre défi va être d’allonger la durée de vie des « packs » de batteries pour véhicules électriques (composés de batteries plus petites, ou cellules, pouvant connaître des défaillances mettant en danger la santé globale du pack) et surtout de donner une deuxième vie à ces « packs » de batteries. La « deuxième vie » correspond à la réutilisation d’une batterie sur un usage moins demandeur après une baisse significative de son autonomie (en général 20%). Un marché prometteur qui intéresse déjà les industriels du véhicule électrique. Mais là aussi des questions se posent : comment déterminer la valeur de la batterie « usagée » ? Son état de santé ?

Les chercheurs proposent de s’inspirer de la médecine individualisée avec l’utilisation de capteurs voire de fibres optiques directement placées dans des cellules 18650 pour mesurer la température, la pression… Ils appellent à lancer des efforts de recherche importants dans le domaine afin de développer ce genre de méthodes « passives », non destructives (sans influences sur la batterie) et utilisables dans l’industrie.
Cela permettrait d’améliorer la traçabilité de la batterie au cours de ses nombreuses vies (grâce à une base de données mondiale) et d’en augmenter ainsi la durée de vie par l’identification des défaillances en temps réel. En cas de défaillances, les chercheurs proposent même d’aller jusqu’à leur « guérison » par intervention extérieure ou par l’utilisation de matériaux auto-réparant (self-healing materials).

Un nouveau paradigme s’ouvre-t-il ?

Référence:
CP Grey & JM Tarascon
Sustainability and in situ monitoring for battery development
Nature Materials 20 décembre 2016
http://www.dx.doi.org/10.1038/NMAT4777

Contact chercheur:
Jean-Marie Tarascon, Collège de France - Paris

Source: CNRS/INC

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cisou9
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Re: [News] Quel futur pour les batteries ?

Message par cisou9 » 22/12/2016 - 15:23:06

___________ :_salut:
Intéressant, mais il y a encore du boulot ! :_grat2: ____________
Un homme est heureux tant qu'il décide de l'être et nul ne peux l'en empêcher.
Alexandre Soljenitsyne.

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POB
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Re: [News] Quel futur pour les batteries ?

Message par POB » 01/01/2017 - 18:41:59

Il y a un bout de temps que les chercheurs travaillent sur des batteries au sodium en place du lithium, les deux ions étant monovalents me semblent plus prometteurs que des ions divalents comme Mg++ ou Ca++.
On est loin des accumulateurs au plomb / acide sulfurique, qui équipent cependant encore la plupart des véhicules en première monte, même les plus modernes.
On sait recycler le plomb, sa chimie est bien connue depuis très longtemps et on ne le rejette plus dans l'environnement. Evidemment, entre la densité du plomb (11,7) et celle du sodium (0,93), il y a un avantage évident à changer de technologie, sur les véhicules électriques principalement.
Quant aux piles à combustible, elles n'ont pas le vent en poupe, quasiment abandonnées qu'elles sont depuis plus d'un demi-siècle. Les gens de mon âge, qui ont suivi le programme Gémini, se rappellent les soucis que les Américains ne cessèrent d'avoir avec ces piles à combustible. Les Russes ne disaient rien, eux, et ils utilisaient carrément des générateurs nucléaires. Quand il y avait une merde, ils faisaient comme avec celles des chats, ils les planquaient sous les tapis.
Officiellement, tout allait bien et si la pollution tuait du monde cela ne se savait pas.

Bon, j'ai un couple d'amis à Annecy qui roulent en Zoé et j'ai conduit leur voiture. C'est marrant comme cela pousse, et en silence ! Un autre copain a une Lexus hybride et je l'ai aussi conduite, c'est très sympa en électrique mais en thermique c'est du diesel, une aberration.

Les technologies utilisant le graphène commencent à donner des résultats, des quantités de chercheurs travaillent dessus et j'espère que cela aboutira de mon vivant.
:bieres: Bonne année à tous*
C'est une grande misère de n'avoir pas assez d'esprit pour parler, ni assez de jugement pour se taire. (La Bruyère)

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Re: [News] Quel futur pour les batteries ?

Message par cisou9 » 02/01/2017 - 10:23:20

Merci madame Pob !! ;) ____
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Alexandre Soljenitsyne.

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