Cette minuscule batterie pourrait suralimenter la distance parcourue par les véhicules électriques – Mother Jones

Cette histoire a été initialement publiée par À l’intérieur des nouvelles sur le climat et est reproduit ici dans le cadre du Bureau du climat collaboration.

Chercheurs à Argonne Le National Laboratory et l’Illinois Institute of Technology ont créé une batterie à semi-conducteurs qui pourrait être utilisée pour étendre considérablement la gamme de véhicules électriques, et cela pourrait libérer la capacité d’utiliser des batteries sur des avions court-courriers et des camions lourds.

Mais pour l’instant, il s’agit d’une cellule de batterie à l’échelle d’un laboratoire, de la taille d’un centime.

J’ai parlé avec deux des leaders de la recherche cette semaine.

“J’avais des doutes au début”, a déclaré Larry Curtiss, chimiste principal à Argonne.

Il travaille au laboratoire depuis plus de 40 ans et sait par expérience que les premiers résultats peuvent ne pas être reproductibles. Mais lui et ses collègues des deux institutions de la région de Chicago ont découvert que leur travail pouvait être reproduit, avec les résultats publiés en février dans la revue Science.

Avant de continuer, voici quelques notions de base sur la batterie :

La plupart des véhicules électriques fonctionnent aujourd’hui avec des batteries lithium-ion. Lorsque les batteries se chargent, les ions circulent d’un côté (la cathode) à l’autre côté (l’anode), puis s’inversent lors de la décharge. Les ions effectuent ce voyage en passant par un électrolyte, qui est un liquide ou un gel.

Les constructeurs automobiles et les fabricants de batteries travaillent au développement de batteries à semi-conducteurs. Ils voient le potentiel pour des portées plus longues en raison d’une densité d’énergie plus élevée, et les batteries seraient plus sûres car elles sont moins inflammables que les systèmes lithium-ion actuels.

La conception d’Argonne et d’Illinois Tech est une version d’une batterie lithium-air, une catégorie qui existe depuis environ une décennie mais qui n’a pas encore connu de percée commerciale.

Dans cette batterie spécifique, l’anode est constituée d’une forme solide de lithium. La partie “air” provient de l’air extérieur qui pénètre à travers de minuscules trous dans la cathode. L’oxygène de l’air réagit avec les ions lithium qui ont traversé l’électrolyte solide. L’électrolyte est composé d’une combinaison de matériaux céramiques et polymères, un solide qui permet toujours le passage des ions.

Pour comprendre ce qui rend cette batterie différente, il est utile de savoir que dans les batteries lithium-air précédentes, chaque molécule d’oxygène réagissait avec un ou deux électrons.

Dans cette nouvelle batterie, chaque molécule d’oxygène réagit avec jusqu’à quatre électrons.

Pensez à cela comme lorsque vous déchargez une malle pleine de sacs d’épicerie de la voiture. C’est beaucoup plus efficace si vous pouvez transporter quatre sacs à chaque voyage plutôt qu’un ou deux.

Alors pourquoi les molécules d’oxygène de cette batterie réagissent-elles avec plus d’électrons ? C’est compliqué, et les chercheurs sont encore en train de répondre à cette question. Mais la réponse la plus probable est que la combinaison de matériaux crée un environnement qui cajole l’oxygène pour avoir la réaction à quatre électrons.

Les implications réelles de la technologie sont considérables, avec le potentiel de batteries qui pourraient alimenter un VE sur 1 000 miles sur une seule charge. C’est beaucoup, même par rapport à d’autres modèles de batteries à semi-conducteurs, et c’est trois à quatre fois plus que la plupart des véhicules électriques actuels.

Mohammad Asadi, ingénieur chimiste chez Illinois Tech, était un autre chef de l’équipe qui a développé la batterie et co-auteur de l’article.

“Tout dépend de la chimie et de la densité d’énergie”, a-t-il déclaré à propos de ce qui rend cette batterie spéciale.

Pour lui, l’un des aspects les plus passionnants de cette recherche est le potentiel de développement de batteries destinées au transport maritime et à l’aviation. Ces modes de transport ont besoin de tellement d’énergie que les blocs-batteries n’ont pas été pratiques en raison de la taille et du poids substantiels qui seraient nécessaires.

En ce qui concerne le potentiel des voitures, la batterie pourrait être utilisée pour les véhicules électriques à très longue portée, mais je ne vois pas cela comme l’utilisation la plus pratique. Une meilleure utilisation serait d’aider à fabriquer des véhicules électriques qui ont des batteries beaucoup plus petites qu’aujourd’hui, mais qui peuvent encore avoir des autonomies substantielles. Cela réduirait le poids d’une voiture et son coût.

Mais il s’agit de recherches à un stade précoce qui sont probablement à une dizaine d’années d’arriver sur le marché, si jamais elles arrivent sur le marché. L’un des premiers défis serait de transformer la cellule à l’échelle du laboratoire en un prototype, qui serait environ 100 fois plus grand.

En attendant, les constructeurs automobiles et les fabricants de batteries ne sont qu’à quelques années de la sortie des premières voitures équipées de batteries à semi-conducteurs.

Toyota a déclaré l’année dernière qu’il aurait une batterie à semi-conducteurs d’ici 2025, mais ce serait dans un hybride gaz-électrique par opposition à un véhicule tout électrique. La décision de ne pas construire de véhicule électrique est un casse-tête, mais elle est conforme au penchant continu de Toyota pour les hybrides.

Tous les grands constructeurs automobiles travaillent sur des batteries à semi-conducteurs, soit en interne, soit par le biais de partenariats avec des fabricants de batteries comme QuantumScape et Solid Power. Les plans varient, mais ils prévoient d’avoir quelques véhicules électriques avec les batteries sur le marché d’ici environ cinq ans et d’en avoir beaucoup plus sur le marché au début des années 2030.

Nissan s’est fixé comme objectif il y a deux ans d’augmenter la production de batteries à semi-conducteurs à un rythme permettant de commencer à vendre un véhicule électrique doté de cette technologie d’ici 2028, et un dirigeant de l’entreprise a déclaré le mois dernier que l’entreprise était sur la bonne voie pour atteindre cet objectif.