10 technologies de batterie actuellement en développement

La technologie des batteries est aujourd'hui un élément essentiel des véhicules électriques, et l'évolution continue des batteries continuera de transformer l'industrie

Alors que la technologie des véhicules électriques continue de progresser, les batteries deviennent plus cruciales que jamais. Au cours de la dernière décennie, les progrès de la technologie des batteries ont déjà permis aux véhicules électriques de voyager plus loin, de se recharger plus rapidement et de devenir plus abordables pour les consommateurs. La technologie des batteries évolue rapidement, avec de nouveaux développements passionnants à venir. Les technologies de batterie actuelles, révolutionnaires au départ, commencent à offrir des performances limitées et nécessitent des recharges fréquentes. Les batteries lithium-ion d'aujourd'hui, qui sont le type le plus couramment utilisé, ne peuvent contenir que quelques centaines de wattheures par kilogramme, ce qui rend difficile la conception d'appareils pouvant durer suffisamment longtemps sans avoir à se recharger. Avec ces autres avancées technologiques en matière de batteries, les scientifiques cherchent à obtenir des résultats pour des batteries plus efficaces, plus légères et plus sûres qui peuvent contenir plus de charge et durer plus longtemps. Avec de nouvelles alternatives de batterie, les constructeurs automobiles cherchent à rendre les batteries plus légères, à avoir des densités d'énergie plus élevées pour stocker plus de charges et fournir des autonomies plus longues, à charger plus rapidement sans provoquer de dégradation de la batterie et à être recyclables pour améliorer la durabilité. La technologie des batteries est la section la plus critique des véhicules électriques aujourd'hui, et l'évolution continue des batteries continuera de transformer l'industrie.

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Il s'agit d'une batterie lithium-silicium où les porteurs de charge sont un lithium-ion et une anode à base de silicium. En raison des matériaux en silicium, la capacité spécifique est beaucoup plus grande. Le silicium a un changement de volume de 400 % et est très réactif lorsqu'il est à l'état chargé, de sorte que les batteries commerciales l'utilisent pour constituer environ 10 % de l'anode à la place. Sila Nanotechnologies est une start-up dont l'objectif est de remplacer le graphite dans les anodes lithium-ion par des anodes en silicium hautes performances. Daimler AG est fortement investi et s'associe à eux pour en faire une réalité avec un financement d'entreprise et de capital-risque de 170 millions de dollars en 2019. De plus, Elon Musk a affirmé en 2015 que le silicium dans les batteries de la Model S avait contribué à améliorer sa gamme de six pour cent.

La batterie à semi-conducteurs remplace les électrolytes liquides ou en gel polymère que l'on trouve dans les batteries lithium-ion et lithium polymère par des électrodes solides et un électrolyte solide. Ils fournissent des solutions aux problèmes de batterie lithium-ion tels que l'inflammabilité, la faible résistance, la tension limitée, les mauvaises performances de cyclage et la formation instable d'interphase d'électrolyte solide, et entraînent une charge plus rapide, une tension plus élevée et une durée de vie plus longue. Toyota vise à adopter d'abord la technologie de la batterie à semi-conducteurs dans ses véhicules électriques hybrides tandis que Honda s'efforce de rendre sa capacité de production viable au printemps 2024. Quelques défis ont entravé la technologie au fil des ans, comme son coût de production très élevé, son sensibilité aux températures et aux pressions, et présence de dendrites (cristaux métalliques à la surface du lithium qui finissent par pénétrer dans l'électrolyte solide, entrecroisant les électrodes et court-circuitant la cellule de la batterie).

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Les batteries au lithium-tungstène NanoBolt améliorent la technologie existante des batteries au lithium. Le stockage global d'énergie de ces batteries ainsi que leur taux de recharge sont améliorés par l'ajout de nanotubes multicouches de carbone ainsi que de tungstène. Ces couches de nanotubes augmentent la zone de stockage des ions et apportent une grande efficacité grâce à la structure en toile qu'elles créent. Ces batteries peuvent stocker plus d'énergie que les batteries lithium-ion traditionnelles. C'est essentiel pour améliorer l'autonomie des véhicules électriques. Une grande batterie NanoBolt Lithium Tungsten peut être chargée rapidement à l'aide de l'énergie solaire. LG Energy Solution, qui produit les batteries utilisées dans la Chevy Volt, la Bolt EV et la Chrysler Pacifica, est l'un des principaux concurrents travaillant sur cette technologie de batterie. BAK Group, Nyobolt et CALT travaillent également sur la technologie.

La batterie au lithium-soufre a une énergie spécifique élevée. Ces batteries sont légères en densité comme l'eau principalement en raison de la combinaison du poids atomique modéré du soufre et du faible poids atomique du lithium. Contrairement aux batteries lithium-ion conventionnelles, les batteries lithium-soufre remplacent le cobalt par du soufre qui a une densité d'énergie plus élevée. Cela lui permet de contenir plus d'énergie. Comparé au cobalt, le soufre est plus abondant et plus économique. Le développement de dendrites a été un inconvénient majeur de la technologie des batteries au lithium-soufre. Malgré l'augmentation de la popularité de la technologie, elle est encore loin d'être concrétisée. La batterie au lithium-soufre a le potentiel de doubler la portée moyenne actuelle de la batterie d'environ 250 à 300 miles. LG Energy Solutions, qui produit des batteries pour Tesla, travaille sur une batterie au lithium-soufre.

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La "batterie lithium-ion de nouvelle génération" (NGLB), est une nouvelle technologie de batterie qui offrira des performances nettement améliorées en termes de temps de charge et de durée de vie globale. Les cellules NGLB devraient pouvoir conserver le double, voire le triple, de la quantité de charge par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles. Cela signifie que les batteries des machines pourraient durer jusqu'à trois fois plus longtemps qu'auparavant sans nécessiter une augmentation substantielle de la taille ou du poids. La technologie NGLB est créée par plusieurs grandes entreprises, dont Samsung, LG Energy Solutions et Panasonic. Les batteries uniques sont conçues principalement pour les véhicules électriques et différentes grandes applications, mais elles peuvent être utilisées dans n'importe quoi, des smartphones et ordinateurs portables aux appareils portables. L'engagement envers l'amélioration de l'énergie et de la longévité fait des NGLB une option tentante pour un certain nombre d'applications à l'avenir.

La batterie à hydrogène métallique est une source d'énergie électrochimique rechargeable à base de nickel et d'hydrogène qui offre des performances supérieures en raison de sa capacité et de son efficacité. Ils offrent plusieurs fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion actuelles et peuvent atteindre une efficacité de 85 % et une longue durée de vie d'environ 20 000 cycles de charge. Cette technologie de batterie innovante peut également se charger plus rapidement qu'auparavant et les cellules peuvent résister à une surcharge si la chaleur générée peut être dispersée. Cependant, le plus grand avantage de cette technologie de batterie révolutionnaire est son respect de l'environnement. Ces batteries ne contiennent pas de solvants toxiques, ce qui signifie moins de soucis quant à ce qui se passe si elles sont endommagées ou exposées à des températures élevées. Ils sont entièrement recyclables et peuvent même être utilisés pour produire de l'électricité même après l'expiration de leur durée de vie.

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Les batteries zinc-oxyde de manganèse (ZMO), une solution prometteuse pour le développement de systèmes de stockage d'énergie durable sont composées de deux électrodes : une anode en zinc et une cathode en oxyde de manganèse. Ce mélange hybride confère aux batteries ZMO une stabilité exceptionnelle, mais sa faible densité d'énergie est un inconvénient majeur car il est incapable de stocker suffisamment de charge dans ses cellules pour en faire un concurrent digne des batteries lithium-ion. Elles sont également normalement moins chères que les batteries à base de lithium car le composant zinc est beaucoup plus facile à atteindre et moins cher que les composants lithium. Bien que cela signifie qu'en raison de la faible densité d'énergie du zinc, une cellule de plus grande capacité devrait être produite pour être à la hauteur des batteries lithium-ion. Ils sont sûrs et ininflammables et conviennent à une utilisation dans pratiquement n'importe quel appareil ou application.

CATL, le fabricant chinois de batteries pour véhicules électriques, a l'intention d'être le premier producteur de batteries lithium-ion sans cobalt. Ils ont commencé à les vendre en 2021. Tesla a également équipé près de la moitié des véhicules vendus au premier trimestre 2022 de batteries au lithium fer phosphate (LFP) sans cobalt. Ces batteries lithium-ion sans cobalt utilisent des nanoparticules, telles que le silicium ou le carbone, comme matériau d'anode. Ils ont augmenté la densité d'énergie, les taux de charge et de décharge et la sécurité. Leur consommation réduite de ressources et leurs niveaux de toxicité réduits constituent un avantage environnemental majeur. Ils ont des densités d'énergie plus élevées, une durée de vie plus longue et des temps de charge plus rapides jusqu'à cinq fois la capacité, 1 500 cycles de charge et trois fois la vitesse respectivement de certaines batteries Li-ion conventionnelles, ainsi que des coûts de production inférieurs en raison de la consommation réduite de ressources. , et une sécurité améliorée avec moins de dissipation de chaleur pendant les processus de charge/décharge.

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Les batteries organosiliciées sont beaucoup plus résistantes au feu que les batteries lithium-ion et ont des performances électrochimiques améliorées. Ils ont également des caractéristiques de sécurité et de stabilité supérieures. Lorsque l'électrolyte organosilicié est utilisé comme co-solvant, il peut augmenter la durée de vie, la capacité et, invariablement, l'autonomie de la batterie. Pour faciliter cette technologie, les chercheurs travaillent sur certains types d'organosilicium tels que le silane, le polysiloxane, le siloxane, ainsi que sur les silsesquioxanes oligomères polyédriques pour vérifier leurs conceptions moléculaires, leur stabilité chimique, thermique et électrochimique, leur conductivité ionique et leur sécurité. Ces batteries seront plus sûres que les chimies lithium-ion standard en raison de l'absence d'électrolytes liquides inflammables. Ils ont également moins de matières dangereuses dans leur composition. Cela garantira que les batteries à électrolyte organosilicié sont un excellent choix pour les applications où la sécurité est primordiale, comme dans les véhicules électriques, les équipements médicaux, les drones, et plus encore !

Une batterie d'eau salée est essentiellement un récipient d'eau salée et deux électrodes qui génèrent de l'électricité lorsqu'elles sont connectées à une source d'alimentation externe. Les deux électrodes, typiquement en carbone, réagissent avec l'électrolyte de sulfate de sodium contenu dans l'eau salée et emmagasinent de l'énergie sous forme d'ions. Ils ont une longue durée de vie. Ils n'ont pas besoin d'autant d'entretien que leurs homologues au lithium-ion. C'est pourquoi il peut stocker de l'énergie pendant de longues périodes sans en perdre. Le plus grand avantage des batteries à eau salée est qu'elles peuvent être produites à une fraction du coût des batteries lithium-ion. De plus, ils sont non toxiques. L'inconvénient est qu'ils ne peuvent pas stocker autant de charge que les batteries lithium-ion en raison de leur faible densité d'énergie et ne peuvent pas être rechargés autant de fois que les batteries lithium-ion.

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