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Des ultracondensateurs pour booster l'autonomie des voitures électriques
Une startup appelée Nanotune affirme que sa technologie d'ultracondensateur pourrait rendre les voitures électriques moins chères et étendre leur autonomie. La société, basée à Mountain View, en Californie, a développé un moyen de fabriquer des électrodes qui permettent d'obtenir des ultracondensateurs avec une capacité de stockage cinq à sept fois supérieure à celle des appareils conventionnels.
Éponge énergétique : Une micrographie montre la structure poreuse d'un nouveau matériau d'électrode qui contribue à augmenter la capacité de stockage des ultracondensateurs.
Les ultracondensateurs conventionnels, qui ont l'avantage de fournir des rafales de puissance rapides et peuvent être rechargés des centaines de milliers de fois sans perdre beaucoup de capacité, sont trop chers et stockent trop peu d'énergie pour remplacer les batteries.
Cependant, Nanotune, qui a levé 3 millions de dollars auprès de la société de capital-risque Draper Fisher Jurvetson, affirme que ses ultracondensateurs sont proches de la concurrence des batteries en termes de stockage d'énergie, et pourraient bientôt les dépasser. En utilisant un électrolyte conventionnel, la société a démontré un stockage d'énergie de 20 watts-heures par kilogramme, contre environ cinq watts-heures pour un ultracondensateur conventionnel. En utilisant un électrolyte liquide ionique plus cher, il a fabriqué des ultracondensateurs qui stockent 35 wattheures par kilogramme. D'ici la fin de l'année, la société espère approximativement doubler cette capacité de stockage, a déclaré Kuan-Tsae Huang, PDG de Nanotune. À 40 wattheures par kilogramme, les ultracondensateurs constitueraient une amélioration par rapport aux batteries utilisées dans certains véhicules hybrides.
Ces derniers mois, plusieurs startups ont annoncé qu'elles utilisaient la nanotechnologie pour fabriquer de meilleurs ultracondensateurs. Chacun espère contribuer à résoudre l'un des plus gros problèmes des voitures électriques aujourd'hui : le coût élevé de leurs batteries et leur capacité de stockage limitée. Nissan, par exemple, pour rendre sa Leaf électrique abordable, a dû limiter la taille de la batterie, ce qui se traduit par une autonomie de seulement 73 miles.
Une partie de la raison pour laquelle les systèmes de batterie sont si chers et encombrants est que les batteries se dégradent au fur et à mesure qu'elles sont utilisées, en particulier lorsqu'elles sont exposées à des températures extrêmes. Les constructeurs automobiles les complètent donc souvent avec des systèmes de refroidissement et de chauffage et ajoutent des cellules de batterie supplémentaires pour compenser les pertes de performances. heures supplémentaires. Les ultracondensateurs pourraient contourner ce problème, car ils peuvent être rechargés sans se dégrader et peuvent bien fonctionner dans une large gamme de températures.
À terme, selon Huang, il sera peut-être possible de fabriquer des ultracondensateurs qui stockent 500 wattheures par kilogramme, soit environ trois à quatre fois plus que les batteries lithium-ion utilisées dans les voitures aujourd'hui. L'avantage pratique pourrait être encore plus grand. Les voitures sont souvent conçues pour n'utiliser que la moitié de la capacité de stockage de leurs batteries, afin de les empêcher de se dégrader. Mais la quasi-totalité de la capacité de stockage d'un ultracondensateur peut être utilisée.
La technologie de Nanotune est maintenant très chère, entre 2 400 $ et 6 000 $ par kilowattheure. (Le ministère de l'Énergie a proposé un objectif de 250 $ par kilowattheure pour rendre les véhicules électriques compétitifs par rapport aux véhicules conventionnels.) Cependant, Nanotune indique que ses coûts pourraient descendre à moins de 150 $ par kilowattheure si les prix de certains produits clés les matériaux, tels que les électrolytes, continuent de baisser et à mesure que la fabrication augmente.
Les projections de stockage d'énergie de l'entreprise sont basées sur plusieurs avancées sur lesquelles elle travaille. Nanotune fabrique actuellement des électrodes avec des pores d'environ 4 à 5 nanomètres de diamètre, mais il dit qu'il peut les rendre plus petites (une porosité élevée conduit à une surface élevée, ce qui permet de stocker une grande quantité de charge) et les ajuster pour correspondre les besoins des différents électrolytes - les matériaux conducteurs d'ions dans lesquels les électrodes sont immergées.
L'entreprise envisage également d'utiliser des liquides ioniques plutôt que des électrolytes organiques conventionnels. Ceux-ci augmentent la tension du système, augmentant considérablement le stockage d'énergie, mais ils ne sont généralement pas compatibles avec les électrodes d'ultracondensateur conventionnelles. Enfin, la société espère utiliser des découvertes académiques récentes qui suggèrent que l'ajout de petites quantités de ruthénium aux ultracondensateurs peut augmenter le stockage d'énergie.
Nanotune n'est pas la première entreprise à prétendre pouvoir fabriquer des ultracondensateurs à très haute capacité de stockage d'énergie. D'autres ont trouvé cette promesse difficile à tenir. L'augmentation de la surface ne peut améliorer la capacité de stockage que dans une certaine mesure, car à un moment donné, le stockage est limité par les ions dans l'électrolyte. Les liquides ioniques aident à cela, mais ils ont des lacunes importantes, dit Joël Schindall , professeur de génie électrique et d'informatique au MIT. (Une société appelée Systèmes FastCap , qui développe des ultracondensateurs à l'aide de nanotubes de carbone, a été créé à partir de son laboratoire.) Ils sont très chers, d'une part, et certains ne fonctionnent bien que dans une plage de température limitée, ce qui les rend peu pratiques pour les voitures.
Schindall dit, cependant, que Nanotune peut ne pas atteindre ses objectifs énergétiques très élevés tout en améliorant la compétitivité des véhicules électriques et hybrides. Compte tenu de la durabilité des ultracondensateurs, même atteindre un stockage d'énergie de 100 wattheures par kilogramme, proche de celui des batteries lithium-ion, serait fantastique.