211service.com
Les batteries à haute énergie arrivent sur le marché
Une entreprise suisse affirme avoir développé des batteries zinc-air rechargeables qui peuvent stocker trois fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion, en volume, tout en ne coûtant que deux fois moins. Révolte , de Staefa, en Suisse, prévoit de vendre de petites piles bouton pour appareils auditifs à partir de l'année prochaine et d'intégrer sa technologie dans des batteries de plus en plus grandes, introduisant des batteries pour téléphones portables et vélos électriques au cours des prochaines années. Elle commence également à développer des batteries grand format pour véhicules électriques.
Batterie déballée : Ce graphique illustre la structure multicouche d'une batterie zinc-air rechargeable ReVolt. De haut en bas : le couvercle de la batterie, qui laisse passer l'air ; une électrode à air poreuse ; l'interface entre les électrodes ; l'électrode de zinc ; le boîtier.
La conception de la batterie est basée sur une technologie développée à SINTEF , un institut de recherche à Trondheim, en Norvège. ReVolt a été fondée pour le commercialiser et a jusqu'à présent levé 24 millions d'euros d'investissement. James McDougall, PDG de la société, affirme que la technologie résout le principal problème des batteries rechargeables zinc-air, à savoir qu'elles cessent généralement de fonctionner après relativement peu de charges. Si la technologie peut être étendue, les batteries zinc-air pourraient rendre les véhicules électriques plus pratiques en réduisant leurs coûts et en augmentant leur autonomie .
Contrairement aux batteries conventionnelles, qui contiennent tous les réactifs nécessaires pour générer de l'électricité, les batteries zinc-air dépendent de l'oxygène de l'atmosphère pour générer du courant. À la fin des années 1980, elles étaient considérées comme l'une des technologies de batteries les plus prometteuses en raison de leur grande capacité théorique de stockage d'énergie, selon Gary Henriksen , responsable du service stockage électrochimique de l'énergie chez Laboratoire National d'Argonne dans l'Illinois. La chimie de la batterie est également relativement sûre car elle ne nécessite pas de matériaux volatils, de sorte que les batteries zinc-air ne sont pas susceptibles de prendre feu comme les batteries lithium-ion.
En raison de ces avantages, les piles zinc-air non rechargeables sont depuis longtemps sur le marché. Mais les rendre rechargeables a été un défi. À l'intérieur de la batterie, une électrode à air poreuse aspire l'oxygène et, à l'aide de catalyseurs à l'interface entre l'air et un électrolyte à base d'eau, le réduit pour former des ions hydroxyles. Ceux-ci voyagent à travers un électrolyte jusqu'à l'électrode de zinc, où le zinc est oxydé, une réaction qui libère des électrons pour générer un courant. Pour la recharge, le processus est inversé : l'oxyde de zinc est reconverti en zinc et de l'oxygène est libéré au niveau de l'électrode à air. Mais après des cycles de charge et de décharge répétés, l'électrode à air peut se désactiver, ralentissant ou arrêtant les réactions d'oxygène. Cela peut être dû, par exemple, au fait que l'électrolyte liquide est progressivement trop poussé dans les pores, explique Henriksen. La batterie peut également tomber en panne si elle se dessèche ou si le zinc s'accumule de manière inégale, formant des structures en forme de branche qui créent un court-circuit entre les électrodes.
ReVolt dit avoir développé des méthodes pour contrôler la forme de l'électrode de zinc (en utilisant certains agents gélifiants et liants) et pour gérer l'humidité à l'intérieur de la cellule. Il a également testé une nouvelle électrode à air qui comprend une combinaison de catalyseurs soigneusement dispersés pour améliorer la réduction de l'oxygène de l'air pendant la décharge et pour augmenter la production d'oxygène pendant la charge. Les prototypes ont bien fonctionné pendant plus de cent cycles, et les premiers produits de la société devraient être utiles pendant quelques centaines de cycles. McDougall espère augmenter ce nombre entre 300 et 500 cycles, ce qui les rendra utiles pour les téléphones portables et les vélos électriques.
Pour les véhicules électriques, ReVolt développe une nouvelle structure de batterie qui ressemble à celle d'une pile à combustible. Ses premières batteries utilisent deux électrodes plates, de taille comparable. Dans les nouvelles batteries, une électrode sera un liquide, une suspension de zinc. Les électrodes à air seront sous forme de tubes. Pour produire de l'électricité, la suspension de zinc, qui est stockée dans un compartiment de la batterie, est pompée à travers les tubes où elle est oxydée, formant de l'oxyde de zinc et libérant des électrons. L'oxyde de zinc s'accumule alors dans un autre compartiment de la batterie. Pendant la recharge, l'oxyde de zinc retourne à travers l'électrode à air, où il libère l'oxygène, formant à nouveau du zinc.
Dans la batterie de véhicule prévue par l'entreprise, la quantité de boue de zinc peut être bien supérieure à la quantité de matériau dans l'électrode à air, ce qui augmente la densité énergétique. En effet, le système ressemblerait à un système de pile à combustible ou à un moteur conventionnel, dans la mesure où la suspension de zinc agirait essentiellement comme un pompage de carburant à travers l'électrode à air comme l'hydrogène dans une pile à combustible ou l'essence dans un moteur à combustion. McDougall dit que les batteries pourraient également durer plus longtemps, de 2 000 à 10 000 cycles. Et, si une pièce tombe en panne, comme l'électrode à air, elle peut être remplacée, éliminant ainsi le besoin d'acheter une toute nouvelle batterie.
Comme pour les piles à combustible, ce système peut nécessiter d'être associé à un autre type de batterie pour les accélérations ou pour capter l'énergie de processus tels que le freinage. En outre, Henriksen note que d'autres batteries zinc-air expérimentales ont déjà atteint 200 cycles.
Le succès commercial de la conception plate plus conventionnelle pourrait dépendre d'autres facteurs, tels que le fait que les nouvelles batteries fournissent de l'énergie à des taux plus élevés que les autres batteries zinc-air expérimentales, comme le prétend la société, et si les objectifs pour des nombres de cycles plus élevés peuvent être atteints. La nouvelle conception à base de tubes est encore à des années de la production.