Batterie métal-air : 800 km d'autonomie pour les voitures électriques ?
Par Futura-Sciences
Sus
à la panne d'énergie ! Avec des batteries métal-air, une entreprise
américaine prédit une densité énergétique onze fois supérieure à celle
de la technologie lithium-ion pour un prix trois fois moindre.
Emoustillé, le département américain de l'énergie lui a attribué 5,13
millions de dollars.
Elle
est partout ! On la trouve dans nos téléphones portables, nos
caméscopes, appareils photo, ordinateurs portables ou bien encore nos
voitures hybrides. Il est difficile d'échapper à la technologie
lithium-ion. Depuis qu'elle a supplanté les piles et batteries basées
sur le nickel et leur forte perte d'efficacité, cette nouvelle forme
d'accumulateur électrochimique basée sur le lithium n'a eu de cesse de
s'améliorer pour dominer le marché jusqu'à aujourd'hui. Avec son
rendement frôlant les 100% (rapport entre l'énergie chargée et celle
rendue à la décharge) et un rapport énergie/volume de 200 à 400 Wh par
litre, les accumulateurs au lithium ont de beaux jours devant eux. Ce
n'est pas le marché florissant de la voiture électrique qui contredira
la chose.
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Le
lithium, le nouvel or noir de ce début du XXIème siècle, est activement
recherché. La plus grande des mines actuelles se trouve en Bolivie. ©
Robin Hammond |
Tout
n'est pas rose pour cette précieuse forme de stockage qui présente de
nombreux inconvénients. Il suffit de survoler l'actualité récente des
iPhone explosifs pour comprendre que cette technologie n'est pas sans
risques. De plus, pour l'automobile, elle semble atteindre ses limites,
avec des autonomies maximales annoncées de l'ordre de 200 kilomètres.
Cette barrière énergétique cantonne les quatre-roues électriques au
statut de citadines, ce malgré des progrès majeurs dans la vitesse de
recharge des batteries suscitées.
Stocker toujours plus
La
bataille des générateurs et accumulateurs électrochimiques pourrait
bien reprendre. La firme Fluidic Energy compte sur le développement des
batteries dites métal-air. Peu répandue, cette forme de génération
d'énergie se différencie par l'utilisation d'un élément omniprésent
dans l'atmosphère, l'oxygène. Le principe exploite l'énergie dégagée
par l'oxydation d'un métal tel que le zinc. Le résultat du procédé a de
quoi faire rougir la concurrence avec un rapport énergie/volume de
1.480 à 9.780 Wh par litre. Cette caractéristique record s'accompagne
d'avantages en matière de sécurité, ici il n'est pas question d'une
matière dangereuse volatile ou d'une explosion potentielle. Seul bémol,
le zinc devait jusqu'ici être remplacé. La batterie devient alors une
pile...
Plus concrètement les piles métal-air comportent une
anode en zinc reposant dans un liquide électrolytique à base d'eau.
L'air joue le rôle de la cathode et, lorsqu'il entre en contact avec la
solution aqueuse, produit des ions hydroxyles. Ensuite, les hydroxyles
oxydent le zinc, la réaction libère alors des électrons. Au-delà du
problème de recharge évoqué plus tôt, se pose ici le problème de
l'évaporation de l'électrolyte liquide en contact avec l'air. Aussi les
chercheurs de la compagnie américaine espèrent-ils mettre au point un
accumulateur métal-air, comportant des liquides ioniques non-volatiles.
29 ans plus tôt...
En
1980, des chercheurs de l'U.S. Air Force Academy avaient obtenu des
résultats surprenants avec des solutions particulières, les liquides
ioniques. En milieu ambiant, ces liquides ne s'évaporent pas. Plus
intéressant, les substances obtenues présentent des points de
congélation et d'ébullition plus bas que ceux de l'eau. Par ailleurs,
s'ils présentent visuellement des similitudes avec l'eau, leur
viscosité trahit leur différence. Les recherches de Fluidic Energy
s'inscrivent dans la lignée de celles menées par l'armée américaine.
Depuis plusieurs années, ses chercheurs basés dans l'Arizona ont pu
expérimenter de nombreuses solutions. Un problème clé les empêche
d'évoluer vers un accumulateur, la formation de dendrites (cristaux)
due à l'inversion du processus pendant la recharge. Ce développement
cristallin tentaculaire réduit considérablement le nombre de cycles de
charge possibles pour un accumulateur.
Ainsi, Cody Friesen,
professeur en sciences des matériaux et fondateur de Fluidic Energy,
annonce fièrement un progrès majeur dans la lutte contre ces dendrites.
Cette avancée se présente sous la forme d'une électrode poreuse dont
les pores atteignent jusqu'à 10 nanomètres de diamètre. Cette couche
protectrice englobe le métal et limite la formation des fameuses
dendrites durant la recharge.
A terme, Friesen estime que les
véhicules électriques pourront atteindre les 650 à 800 kilomètres
d'autonomie par charge. Le fameux Paris-Marseille devient enfin
envisageable.
Novembre 2009
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