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Une batterie avec des électrodes liquides peut être rechargée ou rechargée
Un nouveau type de batterie stocke l'énergie dans ce que les chercheurs appellent du carburant rechargeable : des électrodes sous forme liquide. Le résultat peut être soit rechargé comme une batterie conventionnelle, soit remplacé par le pompage d'un nouveau carburant comme l'essence.
Testeur de batterie : Argonne National Laboratory chimiste Elena Timofeeva met en place une expérience pour tester une électrode liquide (vu à l'intérieur du sac IV).
Les matériaux pourraient théoriquement permettre à une voiture électrique de parcourir 500 miles avec une charge, cinq fois plus loin que la plupart des véhicules électriques ne peuvent actuellement, disent les chercheurs qui développent la technologie, qui sont basés à Argonne National Laboratory et à l'Illinois Institute of Technology. Les remplacer dans une station-service ne prendrait que quelques minutes. En revanche, même les stations de charge les plus rapides pour les batteries conventionnelles mettent une heure pour fournir une charge complète.
Une autonomie limitée et de longs temps de recharge sont deux des plus grands défis pour les voitures électriques. Les électrodes de batterie liquides pourraient permettre une plus grande portée en augmentant la quantité d'énergie que les blocs-batteries peuvent stocker, et parce que moins de composants ne stockant pas d'énergie seraient nécessaires, cela pourrait également les rendre moins chères.
Les batteries qui utilisent des électrodes liquides pourraient également être plus sûres que les batteries conventionnelles, explique Ping Liu, responsable de programme à l'Agence des projets de recherche avancée pour l'énergie, qui finance les travaux. Les matériaux des électrodes positives et négatives seraient stockés dans des réservoirs séparés, plutôt qu'à l'intérieur de la même cellule de batterie que dans les batteries conventionnelles. Cela pourrait empêcher les courts-circuits et la surchauffe qui peuvent provoquer un incendie des batteries lithium-ion.
Les carburants rechargeables n'en sont qu'à leurs débuts, mais l'ARPA-E les a jugés prometteurs, annonçant le financement de quatre groupes qui développent la technologie. En plus du projet de l'Illinois, il soutient des projets chez GE, le National Renewable Energy Laboratory, et 24M, une entreprise dérivée du MIT.
Les chercheurs de l'Illinois ont jusqu'à présent démontré une petite batterie à demi-cellule qui utilise une électrode fluide et une solide. Pour leur projet financé par l'ARPA-E de 3,4 millions de dollars, qui a débuté le mois dernier, ils prévoient de construire un prototype qui utilise des liquides pour les électrodes positives et négatives. Cette batterie devrait stocker un kilowattheure d'énergie, assez pour quelques kilomètres de conduite.
Dans les batteries de voitures électriques conventionnelles, jusqu'à 75 % du matériau à l'intérieur d'un bloc-batterie est constitué de composants qui ne stockent pas d'énergie : emballage des cellules, capteurs, connexions électriques, systèmes de refroidissement, etc. Avec le stockage d'énergie par fluide, du moins en théorie, une grande partie de ce matériau peut être éliminée, ce qui réduit la taille et le coût des blocs-batteries.
La clé consiste à séparer les matériaux de stockage d'énergie des structures utilisées pour extraire cette énergie et créer du courant électrique. Dans une batterie conventionnelle, chaque couche de matériau d'électrode est associée à une feuille de papier d'aluminium et à une membrane en plastique qui permettent aux électrons et aux ions de circuler, créant ainsi un courant électrique. Si vous souhaitez stocker plus d'énergie, vous devez également ajouter plus de couches de papier d'aluminium et de plastique.
Dans la nouvelle batterie, les électrodes de fluide seraient stockées dans des réservoirs et pompées à travers un dispositif relativement petit pour interagir et générer de l'électricité. Augmenter le stockage d'énergie ne serait qu'une question d'agrandissement des réservoirs de stockage ; l'appareil où l'électricité est produite pourrait rester de la même taille. Plus les réservoirs sont grands, moins le volume total du dispositif de génération d'énergie prendrait.
Les électrodes à fluide existent depuis un certain temps, par exemple dans le cadre d'appareils appelés batteries à flux, mais elles stockent généralement de l'énergie dans une solution diluée qui nécessite trop de volume pour être utilisée dans une voiture. Certaines batteries ont des électrodes fondues qui conviennent mieux aux applications stationnaires (voir Meilleure batterie d'Ambri). Chacun des projets ARPA-E vise à trouver des moyens d'augmenter la densité énergétique des liquides d'un ordre de grandeur. Le spin-off du MIT 24M est un pionnier dans ce domaine, ayant montré qu'il est possible de suspendre de fortes concentrations de poudres d'électrodes conventionnelles à forte densité énergétique dans un liquide et d'en extraire de l'énergie (voir Une batterie de voiture à moitié prix). Le principal défi consiste à atteindre une conductivité électrique suffisamment élevée pour une batterie pratique.
Les chercheurs de l'Illinois ont une approche similaire. Ils mettent l'accent sur l'utilisation de poudres nanométriques qui peuvent être mises en suspension à des concentrations très élevées tout en s'écoulant facilement, grâce aux propriétés particulières des particules à une si petite échelle. Ils ont également développé une nouvelle façon d'extraire le courant électrique des particules, et ils espèrent que cela leur permettra d'augmenter la conductivité. Les détails sont secrets jusqu'à ce qu'ils finissent de déposer des brevets.
Les batteries à électrodes liquides présentent certains inconvénients potentiels. Les nanoparticules peuvent se dégrader rapidement et les chercheurs ont seulement commencé à concevoir l'ensemble du système. Ils doivent concevoir un moyen de pomper efficacement les matériaux et de fabriquer la batterie à moindre coût. Et recharger les voitures en remplissant les réservoirs avec du nouveau matériel nécessiterait l'installation de nouvelles infrastructures, ce qui peut être coûteux.
Pendant ce temps, les batteries conventionnelles continuent de devenir moins chères et une technologie améliorée les rend plus rapides à recharger (voir Comment Tesla conduit l'innovation dans les voitures électriques et Oubliez l'échange de batteries : Tesla vise à recharger les voitures électriques en cinq minutes).