Une rupture de batterie a-t-elle été faite pour les véhicules électriques ? – Le Times irlandais

La révolution des véhicules électriques est en bonne voie et l’Irlande fait partie des nombreux pays européens qui prévoient un marché des véhicules neufs entièrement électriques d’ici 2030.

Mis à part le manque persistant de bornes de recharge publiques une fois que vous vous éloignez de la grande région de Dublin, il n’est pas difficile de voir l’attrait des voitures électriques. Zéro émission locale, une expérience de conduite fluide, de loin moins chère qu’une voiture essence ou diesel et des expériences de conduite de plus en plus impressionnantes. Conduisez une Audi e-tron GT ou une Peugeot e-208 et dites-moi que vous recommenceriez à brûler des carburants fossiles…

Cependant, la ruée vers l’électrique pose problème. Le principal d’entre eux est l’alimentation de la batterie. Actuellement, nous avons besoin de très grosses batteries lithium-ion pour fournir une autonomie et une puissance qui rendent les voitures électriques plus faciles et plus agréables à vivre. Ce besoin de taille signifie que les batteries ont besoin de plus de matières premières, dont beaucoup de métaux de terres rares provenant de pays aux droits de l’homme et aux antécédents d’emploi douteux – le Congo et la Chine en tête.

L’Université Drexel, basée à Philadelphie aux États-Unis, affirme avoir fait une percée dans la chimie des batteries qui a le potentiel de nous détacher de ce cercle vicieux de batteries toujours plus grosses et de ressources naturelles en constante diminution.

On sait depuis des années que l’utilisation de soufre dans une batterie lithium-ion en fait une meilleure batterie lithium-ion. La capacité énergétique pour un poids et une taille donnés triple et il existe un potentiel de durée de vie plus longue, avec une plus grande résistance aux dommages causés par une charge et une recharge constantes.

Il y a un autre avantage majeur, qui est que le soufre est facilement disponible et qu’il peut être extrait et extrait de manière beaucoup plus respectueuse de l’environnement que ce n’est le cas pour les autres matériaux de batterie actuels.

Il y a eu un problème constant et important avec l’utilisation du soufre, cependant. Lorsque vous faites passer un courant dans une batterie au lithium-soufre, l’électricité provoque une réaction chimique qui crée des polysulfures dans l’électrolyte de la batterie. Ces polysulfures sont si toxiques pour la batterie qu’un seul cycle de charge et de décharge peut complètement détruire la batterie.

Les scientifiques de Drexel, cependant, pensent qu’ils ont fait une percée, et c’était presque accidentel. L’équipe Drexel, dirigée par Vibha Kalra, professeur titulaire de la chaire George B Francis au département de génie chimique et biologique du collège, tentait de confiner le soufre dans une batterie expérimentale dans une structure complexe de nanofibres de carbone. Ce processus, apparemment, n’a pas fonctionné, mais quelque chose d’autre a fonctionné.

Soufre monoclinique

En faisant passer le soufre à travers la nanofibre, l’équipe de Kalra l’avait converti en une variante du soufre, connue sous le nom de soufre monoclinique en phase gamma. Non seulement cette forme de soufre est globalement plus stable, mais cela signifie également que le soufre ne réagit pas chimiquement avec le type d’électrolyte carbonate couramment utilisé dans les batteries commerciales.

“Au début, il était difficile de croire que c’était ce que nous détections car, dans toutes les recherches précédentes, le soufre monoclinique était instable en dessous de 95 degrés Celsius”, a déclaré Rahul Pai, doctorant et co-auteur de la recherche. “Au cours du siècle dernier, il n’y a eu qu’une poignée d’études qui ont produit du soufre gamma monoclinique et il n’a été stable que pendant 20 à 30 minutes au maximum. Mais nous l’avions créé dans une cathode qui subissait des milliers de cycles de charge/décharge sans diminution des performances – et un an plus tard, notre examen de celle-ci montre que la phase chimique est restée la même.

“Lorsque nous avons commencé le test, il a commencé à bien fonctionner – quelque chose à quoi nous ne nous attendions pas. En fait, nous l’avons testé maintes et maintes fois – plus de 100 fois – pour nous assurer que nous voyions vraiment ce que nous pensions voir », a déclaré Kalra. “La cathode de soufre, dont nous soupçonnions qu’elle provoquerait l’arrêt de la réaction, a en fait étonnamment bien fonctionné et elle l’a fait encore et encore.”

Les recherches de Drexel semblent indiquer qu’en utilisant cette nouvelle forme de soufre, une batterie pourrait être créée qui est trois fois plus dense en énergie que les conceptions actuelles (vous pourriez donc avoir trois fois la portée pour la même taille de batterie, ou la même gamme d’une batterie d’un tiers de la taille des unités actuelles), et est plus robuste lors de la charge, ce qui signifie que la durée de vie de la batterie pourrait être prolongée.

Après plus d’un an de tests, la cathode au soufre Drexel reste stable et, comme l’a rapporté l’équipe, ses performances ne se sont pas dégradées en 4 000 cycles de charge/décharge, ce qui équivaut à 10 ans d’utilisation régulière.

“Alors que nous travaillons toujours pour comprendre le mécanisme exact derrière la création de ce soufre monoclinique stable à température ambiante, cela reste une découverte passionnante et qui pourrait ouvrir un certain nombre de portes pour développer une technologie de batterie plus durable et abordable”, a déclaré Kalra.

Passer à une cathode au soufre signifierait qu’il y aurait beaucoup moins besoin de matériaux de batterie tels que le cobalt, le nickel et le manganèse. Ce sont ces matériaux qui suscitent tant d’inquiétude lorsqu’il s’agit de la destruction de l’environnement dans l’exploitation minière et de l’utilisation du travail des enfants et même des esclaves dans les mines.

Conception de la batterie

“S’éloigner de la dépendance au lithium et à d’autres matériaux coûteux et difficiles à extraire de la terre est une étape vitale pour le développement des batteries et l’expansion de notre capacité à utiliser des sources d’énergie renouvelables”, a déclaré Kalra. “Développer un Li-S viable [lithium sulphur] batterie ouvre un certain nombre de voies pour remplacer ces matériaux.

D’autres recherches entreprises par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) semblent montrer des résultats similaires pour une nouvelle conception de batterie qui utilise une combinaison d’aluminium, de soufre et de sel fondu à la place du lithium. Le professeur du MIT, Donald Sadoway, a déclaré : « Je voulais inventer quelque chose qui était meilleur, bien meilleur, que les batteries lithium-ion pour le stockage stationnaire à petite échelle, et finalement pour les utilisations automobiles. Nous avons fait des expériences à des taux de charge très élevés, chargeant en moins d’une minute. Les ingrédients sont bon marché et la chose est sûre – elle ne peut pas brûler.

Même si le sel utilisé dans la composition chimique de la batterie doit être maintenu en fusion, c’est la batterie elle-même, générant de la chaleur par la charge et la décharge, qui le fait – elle n’a pas besoin de chauffage extérieur.

Alors que la conception du MIT vise principalement les systèmes de stockage multimégawatts à grande échelle, qui agissent comme un tampon pour les énergies renouvelables dépendantes des conditions météorologiques telles que l’énergie éolienne et solaire, Sadoway dit également qu’ils pourraient être utiles dans les voitures. Pas comme des batteries dans les voitures électriques, mais comme des batteries de stockage qui rechargent les voitures électriques.

“La plus petite taille des batteries aluminium-soufre les rendrait également pratiques pour des utilisations telles que les stations de recharge de véhicules électriques”, explique Sadoway. “Lorsque les véhicules électriques deviennent suffisamment courants sur les routes pour que plusieurs voitures veuillent se recharger en même temps, comme c’est le cas aujourd’hui avec les pompes à essence, si vous essayez de le faire avec des batteries et que vous voulez une recharge rapide, les ampérages sont tellement élevés que nous n’ont pas cette quantité d’ampérage dans la ligne qui alimente l’installation.

“Donc, avoir un système de batterie comme celui-ci pour stocker l’énergie et la libérer rapidement en cas de besoin pourrait éliminer le besoin d’installer de nouvelles lignes électriques coûteuses pour desservir ces chargeurs.”