La technologie de batterie soutenue par le DOE promet une charge beaucoup plus rapide que les appareils lithium-ion

Brief de plongée :

• Une technologie de stockage d’énergie développée avec le soutien du Department of Energy (DOE) pourrait réduire le temps de charge à quelques minutes par rapport aux batteries lithium-ion, D’après les recherches publié dans la revue Advanced Functional Materials.
• Les recherche, dirigé par le professeur assistant de l’Université de Tulane, Michael Naguib, se concentre sur de nouveaux matériaux pour les dispositifs de stockage d’énergie électrochimique. Les nouveaux matériaux, utilisant des liquides ioniques, peuvent combiner la densité énergétique des batteries lithium-ion avec la charge rapide des supercondensateurs.
• Naguib a déclaré que la technologie pourrait être particulièrement importante alors que le réseau électrique passe à la production d’énergie renouvelable intermittente. « Si vous pouvez stocker rapidement une grande quantité d’énergie, c’est un énorme avantage car vous pouvez en obtenir plus pendant une nuit venteuse qu’avec une batterie traditionnelle », a déclaré Naguib.

Aperçu de la plongée :

Les batteries lithium-ion sont la forme dominante de stockage d’énergie pour les services publics, représentant 85 % de la capacité de stockage nouvellement installée dans le monde, selon un Rapport 2020 de Navigant Research. Cependant, ces batteries présentent certains inconvénients, notamment des problèmes de sécurité lorsqu’elles sont exposées à des températures élevées et leur temps de charge relativement lent en raison du matériau qui stocke et distribue les ions.

Augmenter ce temps de charge est considéré comme une avancée clé, en particulier pour les véhicules électriques (VE). Permettre une recharge rapide des véhicules électriques pourrait réduire l’anxiété liée à l’autonomie en permettant aux conducteurs de se recharger avec un court arrêt au bord de la route. Cependant, le courants élevés qui pourrait permettre une charge plus rapide peut réduire l’efficacité énergétique et réduire la puissance de la batterie.

La recherche Tulane – financée par l’Energy Frontier Research Center du DOE – se concentre sur les MXenes, des matériaux conducteurs bidimensionnels qui peuvent stocker des ions entre leurs couches et les décharger. L’équipe de Naguib a travaillé sur MXenes à l’échelle nanométrique pour développer de nouvelles techniques pour optimiser l’espace entre ces couches, permettant à des ions plus gros d’entrer. Cela, a déclaré Naguib, peut aider à « combler le fossé » entre les avantages de charge rapide des supercondensateurs, ou aqueux condensateurs électrochimiques, avec la densité des batteries lithium-ion.

Les progrès en matière de stockage peuvent présenter des avantages pour les véhicules électriques et autres appareils électroniques portables qui doivent être rechargés régulièrement, mais Naguib a déclaré qu’ils devraient également renforcer la fiabilité du réseau et accélérer la transition des combustibles fossiles.

« Avec les énergies renouvelables, nous devons stocker autant que possible lorsque l’offre est élevée, puis la renvoyer lorsque la demande est élevée », a-t-il déclaré. « S’il y a une augmentation de l’offre ou de la demande, vous devez être capable de vous adapter rapidement et de charger ou de distribuer cette énergie très rapidement. À l’heure actuelle, si vous dépendez de batteries lithium-ion, la rappeler rapidement peut être un défi. « 

Les chercheurs envisagent un certain nombre d’opportunités technologiques pour améliorer les performances des batteries pour les applications fixes et mobiles. Si le coût reste la principale préoccupation, un article récent de chercheurs du National Renewable Energy Laboratory a déclaré que l’efficacité de la décharge – ou la quantité d’énergie perdue lors de la charge et de la décharge – est également un facteur clé à prendre en compte pour la technologie de stockage.

Une technologie très regardée est la batterie à l’état solide, connu sous le nom de « Saint Graal » du stockage pour sa combinaison de densité et de sécurité. Un certain nombre de startups et de constructeurs automobiles ont avancé des batteries à l’état solide avec de nouveaux matériaux et des réductions de coûts, bien que leur utilisation reste limitée.

La technologie Tulane n’a pas été testée dans le monde réel, mais a été concédée sous licence à la société japonaise Murata, qui est également produire des batteries à l’état solide.