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Batteries : challenge relevé pour les véhicules électriques ?

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Source :
https://techxplore.com/news/2021-02-supercomputers-advance-longer-lasting-faster-charging-batteries.html

Dans un effort pour freiner l’augmentation des émissions globales de carbone des véhicules, l’État de Californie aux USA a annoncé un plan visant à interdire les ventes de véhicules à essence dans un peu moins de 15 ans.

Aujourd’hui, grâce aux superordinateurs financés par la Fondation nationale des sciences, la communauté des chercheurs progresse dans le développement de véhicules électriques plus fiables, ainsi que d’autres produits, en axant la recherche sur les batteries qui les alimentent.

Trois de ces équipes universitaires qui ont récemment reçu des subventions pour ces superordinateurs sont des chercheurs de l’Université de l’État de Washington, de l’Université de Washington à Saint Louis et de l’Université de Californie à San Diego.

“Nous travaillons depuis de nombreuses années à la fabrication de batteries au lithium-ion plus durables et plus rapides à recharger”, a déclaré Shyue Ping Ong, professeur de nano-ingénierie à l’université de San Diego.

Cette nouvelle anode Li3V2O5, qui constitue une alternative plus sûre à l’anode en graphite typique des batteries lithium-ion actuelles, a fait l’objet d’une publication récente de M. Ong dans la revue Nature. L’étude explique que cette nouvelle approche de l’anode peut être utilisée plus de 6 000 fois avec une décroissance de capacité négligeable, et peut charger et décharger l’énergie rapidement, en délivrant plus de 40 % de sa capacité en 20 secondes.

Cela signifie que les futures batteries lithium-ion pourraient fournir plus de 70 % d’énergie en plus que les batteries actuelles. 

Les batteries au lithium-air pourraient-elles être une autre solution pour l’alimentation des futurs véhicules ?

Une autre possibilité pour une alimentation plus efficace des voitures électriques est la batterie lithium-air (Li-air), qui serait une alternative intéressante car elle convertit l’oxygène de l’air en électricité. Bien qu’elle ne soit pas sur le marché, elle pourrait être plus populaire en offrant certaines des énergies spécifiques les plus élevées et donc augmenter l’autonomie d’un véhicule électrique. 

Des chercheurs tels que Rohan Mishra de l’université de Washington à Saint Louis, ainsi que des collaborateurs de l’université de l’Illinois à Chicago, ont récemment fait de grands progrès dans leurs travaux en créant de nouveaux alliages bidimensionnels qui pourraient déboucher sur des batteries Li-air très efficaces sur le plan énergétique et présentant une excellente stabilité au cours de nombreux cycles de charge-décharge.

“Les batteries lithium-air peuvent fournir une densité énergétique élevée qui les rend excellentes pour les voitures électriques”, a déclaré M. Rohan, spécialiste des matériaux informatiques et professeur adjoint en génie mécanique et en science des matériaux. 

“Nous venons de synthétiser plusieurs alliages qui permettraient de réaliser de grandes avancées dans le développement de ces batteries pour leur fabrication. 

Maintenant que Mishra et ses collègues comprennent mieux comment ces alliages réagissent les uns avec les autres, ils vont se concentrer sur l’amélioration de l’efficacité énergétique de ces batteries.

Ces derniers ont publié leurs dernières découvertes dans la revue “Advanced Materials”. 

Plus récemment, l’équipe de Mishra a identifié une famille de composés rares appelés “électrides” qui peuvent permettre la fabrication de piles stables et rechargeables à ions fluorure. 

Les batteries à ions fluorure peuvent aider à surmonter les problèmes liés à l’approvisionnement limité en lithium et en cobalt utilisés dans les batteries Li-ion actuelles. Ces résultats ont été publiés dans le “Journal of Materials Chemistry A”.

Les piles lithium-soufre améliorées offrent une troisième option

Bien que les piles au lithium-soufre soient disponibles depuis de nombreuses années, elles sont lentes à se charger et doivent être remplacées fréquemment. La capacité théorique élevée, la densité énergétique et le faible coût du soufre ont attiré davantage l’attention sur ce type de batterie comme une potentielle voie exploitable pour l’avenir des véhicules électriques.

“Les batteries au lithium-soufre sont très prometteuses pour répondre aux demandes toujours croissantes d’alimentation à haute densité énergétique”, a déclaré Jin Liu, professeur associé d’ingénierie mécanique et des matériaux à l’université de l’État de Washington. “Notre récente étude a démontré comment de légères modifications moléculaires des conceptions actuelles peuvent améliorer considérablement les performances des batteries”.

L’avenir des véhicules électriques réside peut-être dans ces nouvelles batteries…

5 comments

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