Premier concept mondial de batteries rechargeables à base de ciment
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Crédit: Yen Strandqvist / Université de technologie Chalmers
Imaginez un bâtiment en béton entier de vingt étages qui peut stocker de l’énergie comme une batterie géante. Grâce à une recherche unique de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède, une telle vision pourrait un jour devenir réalité. Des chercheurs du Département d’architecture et de génie civil ont récemment publié un article décrivant un nouveau concept de batteries rechargeables – en ciment.
Le besoin sans cesse croissant de matériaux de construction durables pose de grands défis aux chercheurs. Le docteur Emma Zhang, anciennement de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède, a rejoint le groupe de recherche du professeur Luping Tang il y a plusieurs années pour rechercher les matériaux de construction du futur. Ensemble, ils ont maintenant réussi à développer un concept de première mondiale pour une batterie rechargeable à base de ciment.
Le concept implique d’abord un mélange à base de ciment, avec de petites quantités de fibres de carbone courtes ajoutées pour augmenter la conductivité et la résistance à la flexion. Ensuite, un treillis en fibre de carbone recouvert de métal est noyé dans le mélange – du fer pour l’anode et du nickel pour la cathode. Après de nombreuses expérimentations, c’est le prototype que les chercheurs présentent aujourd’hui.
«Les résultats d’études antérieures sur la technologie des batteries en béton ont montré des performances très faibles, nous avons donc réalisé que nous devions sortir des sentiers battus, pour trouver une autre façon de produire l’électrode. Cette idée particulière que nous avons développée – qui est également rechargeable – n’a jamais été explorée auparavant. Maintenant, nous avons une preuve de concept à l’échelle du laboratoire », explique Emma Zhang.
Les recherches de Luping Tang et Emma Zhang ont produit une batterie rechargeable à base de ciment avec une densité d’énergie moyenne de 7 wattheures par mètre carré (ou 0,8 wattheures par litre). La densité d’énergie est utilisée pour exprimer la capacité de la batterie, et une estimation modeste est que les performances de la nouvelle batterie Chalmers pourraient être plus de dix fois supérieures à celles des tentatives précédentes de batteries en béton. La densité d’énergie est encore faible par rapport aux batteries commerciales, mais cette limitation pourrait être surmontée grâce à l’énorme volume auquel la batterie pourrait être construite lorsqu’elle est utilisée dans les bâtiments.
Une clé potentielle pour résoudre les problèmes de stockage d’énergie
Le fait que la batterie soit rechargeable est sa qualité la plus importante, et les possibilités d’utilisation si le concept est développé et commercialisé sont presque stupéfiantes. Le stockage d’énergie est une possibilité évidente, la surveillance en est une autre. Les chercheurs voient des applications qui pourraient aller de l’alimentation des LED à la fourniture de connexions 4G dans les zones reculées ou à la protection cathodique contre la corrosion dans les infrastructures en béton.
«Il pourrait également être couplé à des panneaux de cellules solaires par exemple, pour fournir de l’électricité et devenir la source d’énergie des systèmes de surveillance des autoroutes ou des ponts, où des capteurs actionnés par une batterie en béton pourraient détecter des fissures ou de la corrosion», suggère Emma Zhang.
Le concept d’utilisation des structures et des bâtiments de cette manière pourrait être révolutionnaire, car il offrirait une solution alternative à la crise énergétique, en assurant un grand volume de stockage d’énergie.
Le béton, qui est formé en mélangeant du ciment avec d’autres ingrédients, est le matériau de construction le plus couramment utilisé au monde. Du point de vue de la durabilité, il est loin d’être idéal, mais le potentiel d’y ajouter des fonctionnalités pourrait offrir une nouvelle dimension. Emma Zhang commente:
« Nous avons une vision que dans le futur cette technologie pourrait permettre des sections entières de bâtiments à plusieurs étages en béton fonctionnel. Considérant que toute surface de béton pourrait avoir une couche de cette électrode intégrée, nous parlons d’énormes volumes de béton fonctionnel » .
Des défis subsistent avec les aspects de la durée de vie
L’idée est encore à un stade très précoce. Les questions techniques qui restent à résoudre avant que la commercialisation de la technique puisse devenir une réalité comprennent l’allongement de la durée de vie de la batterie et le développement de techniques de recyclage. «Étant donné que les infrastructures en béton sont généralement construites pour durer cinquante, voire cent ans, les batteries devraient être affinées pour correspondre à cela, ou être plus faciles à échanger et à recycler lorsque leur durée de vie est terminée. Pour l’instant, cela représente un défi majeur. d’un point de vue technique », explique Emma Zhang.
Mais les chercheurs espèrent que leur innovation a beaucoup à offrir. «Nous sommes convaincus que ce concept contribue grandement à permettre aux futurs matériaux de construction d’avoir des fonctions supplémentaires telles que les sources d’énergie renouvelables», conclut Luping Tang.
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Lire l’article scientifique, Rechargeable Concrete Battery dans la revue scientifique Bâtiments. https: /
Le projet de recherche a été financé par l’Agence suédoise de l’énergie (Energimyndigheten)
Plus d’informations techniques sur la batterie rechargeable à base de ciment
Les chercheurs ont développé un prototype de batterie rechargeable à base de ciment, avec une densité d’énergie moyenne de 7 Wh / m2 (ou 0,8 Wh / L) pendant six cycles de charge et de décharge. Ils ont testé plusieurs combinaisons d’électrodes et ont constaté qu’une anode en fer et une cathode en oxyde à base de nickel donnaient les meilleurs résultats. La conductivité du mélange à base de ciment pour l’électrolyte a été augmentée en ajoutant des fibres de carbone courtes, en expérimentant différents rapports pour trouver un mélange optimal d’environ 0,5% de fibres de carbone.
Pour plus d’informations, contactez:
Luping TangProfesseur au Département d’architecture et de génie civil, Université de technologie de Chalmers tang.luping@chalmers.se +46 31772 2305
Emma ZhangDocteur, anciennement du Département d’architecture et de génie civil de l’Université de technologie Chalmers, maintenant scientifique principal du développement chez Delta of Sweden. emma@deltaofsweden.com +46 768 80 35 33
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