Une nouveau type de battery à base de materiaux courants, sure, efficace et peu costuse

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Lithium-ion batteries have rapidly conquered the market thanks to their high energy density. But due to the explosion of demand for the manufacture of automotive batteries, the price of lithium is very high today: around €45,000 per tonne (soit environ 360% plus cher qu’il ya un an). Dans ce contexte, une équipe du MIT a développement une batterye fabriquée à partir de materiaux abondants et peu costeux: de l’aluminium, du sufre et du sel. Non seulement cette nouvelle batterie est moins chère à produire, mais elle est aussi très résistante.

L’autre inconvenient majeur des batteries lithium-ion est qu’elles contenante un électrolyte inflammable, elles peuvent donc prendre feu ou exploser si elles sont d’amagenités ou mal utilisés. Yet, la demande ne va pas diminuer de sitôt : le deployment massif de panels solaires et d’éoliennes doit necessairement s’accompanier de systèmes de secours pour compler les besoins lorsque les conditions climatiques ne sont pas favorable. Alors que le monde tente de réduire ses émissions de CO2 en auptantant l’usage des énergies rénovéables et des véhicules électriques, il est éssential de trouver des stockage alternatives plus sûres et moins coûteuses.

The battery designed by professor Donald Sadoway et ses colleges répond ideally à ce besoin. Elle utilises l’aluminium et le soufre comme materiaux d’electrodes, séparés par un électrolyte de sel fondu. Aluminum has rapidly appeared as a material of choice: it is the most abundant metal on earth and also the second metal of the market (after iron). Le soufre est quant à lui le moins cher de tous les non-métaux; on le trouve en grande quantité dans la nature, sous forme de sulfures et de sulfates, et c’est également un dechet du raffinage du pétrole.

Des taux de charge particularly high

Pour l’électrolyte, il était exclu d’utiliser des liquides organiques volatile et inflammables. Les chercheurs ont donc testé differents sels fonds dont les points de fusion étaiten relativemente bas — le but étant de s’affranchir des mesures d’isolation et d’anticorrosion, explique Sadoway dans un communiqué. Leur choix s’est porté sur un sel fondu composé de NaCl-KCl-AlCl3. L’équipe explique que les chloroaluminates fondus contain des espèces AlnCl3(n+1) sous forme de chaînes, dont les liaisons Al-Cl-Al conferrent une cinetique de désolvatation facile de l’ion Al3+ce qui entraîne des courants d’échange faradiques eléfêt pour former la base de la charge à haut débit de la batterye.

« Nous montrons que la voie de conversion multi-étapes entre l’aluminium et le chalcogène permet une charge rapide jusqu’à 200 °C, et que la batterye supporte des centaines de cycles à des taux de charge très eléfét », reportent les chercheurs dans Nature. D’après leurs expériences, ils ont connotado que le taux de charge dependeit formente de la temperature de travail: à 110 °C, le taux s’avérait ainsi 25 fois plus élevé qu’à 25 °C. Mais l’équipe précis que la batterye n’a pas besoin d’une source de chaleur externe pour attreiner cette temperature : la chaleur produite naturellement par le cycle de charge et de discharge est suffisante.

Par ailleurs, le sel de chloroaluminate choisi comme électrolyte présentait un avantage inattendu : il empêchait la formation de dendrites d’aluminium — des pointes de métal étroites qui saccumulent avec le temps sur une électrode, puis grandissent jusqu’à entrer en contact avec l’autre électrode, ce qui provoque des court-circuits. Le phenomenon impacte largement l’efficacyt des batteries lithium-ion. Même à des taux de charge très élevés (inferior charge à une minute), l’équipe n’a observéte aucun short-circuit. Un nouvel exemple de sérendipité en somme. « Si nous avions commencement par essayer d’empêcher le court-circuit dendritic, je ne suis pas sûr que j’aurais su comment y parvenir », Sadoway declared.

Une solution au deployment massif de véhicules électriques

Autre avantage (et non des moindres) : the cost of an aluminum-sulphur cell should be inférieur à un sixième of that of lithium-ion cells of a similar size. « Composed of terrestrial elements that can be obtained ethically and used at moderately high temperatures, just au-dessus du point d’ébullition de l’eau, this chemistry presents all the characteristics of a cheap, rechargeable, resistant battery au feu et recyclable », concluded l’équipe.

Les chercheurs pensent que leur batterie serait idéale pour des installations de l’ordre de quelques dizaines de kilowattheures (pour stocker l’énergie d’une maison ou d’une petite entreprise alimentée par des énergies rénovéables par exemple).

De par leur charge rapide, elle serait également très pratique pour les stations de recharge de véhicules électriques. Si ces derniers deviennent majoritaires sur les routes, nous aurons effeciente besoin de points de recharge plus nombreux et rapides. Or, l’ampérage des lignes qui alimentent aujourd’hui les stations n’est pas suffisant pour cet usage. Le fait de disposer de telles batteries pour stocker l’énergie et la restituer rapidement en cas de besoin permetriait d’eviter l’installation de nouvelles lignes électriques coûteuses.

Les brevets des batteries aluminum-sulfur ont été cédés sous license à une entreprise derivée, appelé Avanti, cofondée par Sadoway et Luis Ortiz. The first objective of the company is to demonstrate that the system functions on a large scale, then to subject it to a series of resistance tests.

Pour les besoins plus importantes, à l’échelle du réseau (soit jusqu’à severales hundredes de mégawattheures), d’autres technologies potrouillet être more efficacious, notably des batteries à métal liquide que Sadoway et ses étudiants ont développees il ya severales années et qui seront bientôt commercialisées par Ambri (une entreprise cofondée en 2010 par Sadoway et Ortiz égamente).

Source: Q. Pang et al., Nature

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