MM. Rousseau et Côté rappellent que la demande d'énergie n'a cessé de croître.
Un nouveau matériau à base de fluor et de fer pourrait permettre de concevoir une pile qui fonctionnerait au sodium et dont les capacités d'emmagasinage énergétique seraient comparables à celles des piles au lithium, mais à moindre coût.
Le sodium étant un élément abondant et peu cher, il serait même envisageable de fabriquer des piles capables de stocker d'immenses quantités d'électricité pour alimenter des quartiers, voire des villes, au moment d'une panne par exemple.
Partant de ce constat, le chercheur postdoctoral Bruno Rousseau, sous la supervision des professeurs Michel Côté et Normand Mousseau, du Département de physique de l'Université de Montréal, s'est mis à la recherche du meilleur matériau pour mettre cette idée en pratique.
Une vision de l'avenir
Au cours des dernières décennies, la demande mondiale en matière de stockage d'énergie n'a cessé de croître, notamment dans les sociétés développées désireuses de s'affranchir de la dépendance aux énergies fossiles.
Ainsi, pour des raisons de sécurité énergétique évidentes, le Japon met actuellement au point des technologies visant à doter les habitations d'une pile rechargeable pouvant assurer une autonomie des ménages de quelques minutes à quelques heures en cas de panne de courant.
«On peut aussi penser qu'il sera possible de stocker de l'énergie à très grande échelle, comme dans un bâtiment de la taille d'un Walmart où seraient groupées d'énormes piles qu'on chargerait la nuit et dont on se servirait pour répondre à la demande d'électricité aux heures de pointe et atténuer la pression sur les infrastructures de transport d'énergie», illustre M. Rousseau.
On pourrait également y emmagasiner l'électricité produite au moyen des énergies renouvelables pour pallier l'apport intermittent de l'énergie fournie par le vent ou les rayons du soleil ou encore pour alimenter un parc automobile électrifié plus étendu.
Pile au sodium : énergie à moindre coût
Pour parvenir à réaliser semblables projets, «il faut une technologie efficace de stockage énergétique de haute capacité pouvant être déployée à grande échelle, et cette technologie doit reposer sur des matériaux abondants et peu coûteux», précise le chercheur.
«Nous avons misé sur le sodium pour l'élaboration de la pile parce que cet élément abonde dans la nature et nous essayons de découvrir le matériau idéal qui permettrait aux ions de sodium de voyager aisément dans la pile, tant pour la charger que pour la décharger», explique Bruno Rousseau.
Dans cette illustration de la structure cristalline du matériau proposé, les sphères jaunes représentent les ions de sodium intercalés dans la cathode. L'espace dont les ions de sodium disposent pour entrer et sortir de la structure indique une bonne conductivité. La structure est aussi composée d'ions de fluor (petites sphères bleues), de fer (polyèdres bruns) et de zirconium (polyèdres verts).
À la recherche de la cathode idéale
Une pile comporte trois composants : une anode (source d'ions positifs «voyageurs»), une cathode (hôte où viennent s'intercaler les ions voyageurs lors de la décharge de la pile) et un électrolyte, qui facilite le transport des ions voyageurs de l'anode vers la cathode.
Dans le projet de recherche fondamentale qu'a mené Bruno Rousseau, l'objectif consistait à simuler par ordinateur les réactions de la cathode en présence des ions de sodium libérés par l'anode.
Résultat ? «Les modèles montrent une densité énergétique analogue à celle obtenue avec le lithium, de même qu'une stabilité énergétique et une efficacité du déplacement des ions voyageurs de sodium pendant la recharge et la décharge», indique-t-il.
De plus, le matériau de la cathode demeure stable et est peu enclin à la décomposition spontanée que provoque le courant électrique sur bon nombre d'éléments.
«Notre recherche porte sur plusieurs matériaux afin de désigner les candidats qui pourront être ultérieurement étudiés en profondeur, conclut M. Rousseau. La réaction du matériau proposé nous indique que nous allons dans la bonne direction et il faut maintenant synthétiser la structure pour valider notre découverte.»
Soulignons que le projet, d'une durée de deux ans, a été effectué en collaboration avec l'Institut de recherche d'Hydro-Québec et Mitacs, dont Bruno Rousseau est boursier.
