Des chercheurs de l'Université de technologie de Vienne ont développé une batterie oxygène-ion basée sur des matériaux céramiques qui a une durée de vie plus longue que les batteries lithium-ion.
La nouvelle batterie peut être régénérée et ne nécessite aucun élément rare, ce qui en fait une solution idéale pour les grands systèmes de stockage d'énergie.
Bien que la densité énergétique de la batterie soit inférieure à celle des batteries lithium-ion, ses points forts sont sa longue durée de vie et le fait qu'elle soit incombustible.
Des scientifiques de l'Université de technologie de Vienne ont inventé une nouvelle chimie de batterie oxygène-ion basée sur des matériaux céramiques. En cas de dégradation, il peut être régénéré, il a donc potentiellement une durée de vie extrêmement longue. Il ne nécessite pas non plus d'éléments rares et est incombustible. Pour les grands systèmes de stockage d'énergie, cela pourrait être une solution optimale.
Les batteries lithium-ion sont très populaires aujourd'hui, des voitures électriques aux smartphones. Mais cela ne signifie pas qu'ils sont la meilleure solution pour tous les secteurs d'application. TU Wien a réussi à développer une batterie oxygène-ion qui présente des avantages importants. Bien qu'il ne permette pas d'obtenir des densités d'énergie aussi élevées que les batteries lithium-ion, sa capacité de stockage ne diminue pas irrémédiablement avec le temps : il peut être régénéré et donc peut permettre une durée de vie extrêmement longue.
De plus, les batteries oxygène-ion peuvent être fabriquées sans éléments rares et sont constituées de matériaux incombustibles. Une demande de brevet pour la nouvelle idée de batterie a déjà été déposée avec des partenaires espagnols. La batterie oxygène-ion pourrait être une excellente solution pour les grands systèmes de stockage d'énergie, par exemple pour stocker de l'électricité à partir de sources renouvelables.
L'article décrivant la recherche "Batteries rechargeables à ions oxydes basées sur des électrodes à oxydes conducteurs mixtes" a été publié dans la revue Advanced Energy Materials.
Alexander Schmid, de l'Institut des technologies chimiques et analytiques de la TU Wien, a déclaré : « Nous avons depuis longtemps une longue expérience des matériaux céramiques pouvant être utilisés pour les piles à combustible. Cela nous a donné l'idée d'étudier si ces matériaux pouvaient également convenir à la production d'une batterie ».
Les matériaux céramiques étudiés par l'équipe TU Wien peuvent absorber et libérer des ions oxygène chargés doublement négativement. Lorsqu'une tension électrique est appliquée, les ions oxygène migrent d'un matériau céramique à un autre, après quoi ils peuvent à nouveau migrer, générant ainsi un courant électrique.
Le professeur Jürgen Fleig a expliqué : « Le principe de base est très similaire à celui de la batterie lithium-ion. Mais nos matériaux présentent des avantages importants.
La céramique est ininflammable, de sorte que les accidents d'incendie, qui se produisent souvent avec des batteries lithium-ion, sont pratiquement exclus. De plus, il n'y a pas besoin d'éléments rares, qui sont chers ou ne peuvent être extraits que d'une manière nuisible à l'environnement.
Tobias Huber a développé l'explication : « À cet égard, l'utilisation de matériaux céramiques est un gros avantage car ils peuvent très bien être adaptés. Vous pouvez remplacer certains articles difficiles à obtenir par des articles relativement faciles.
La batterie prototype utilise toujours du lanthane, un élément qui n'est pas exactement rare mais pas tout à fait commun non plus. Mais le lanthane doit également être remplacé par quelque chose de moins cher, et des recherches dans ce sens sont déjà en cours. Le cobalt ou le nickel, qui sont utilisés dans de nombreuses batteries, ne seront pas du tout utilisés.
L'avantage le plus important de la nouvelle technologie de batterie est sa longévité potentielle. "Il y a un problème avec de nombreuses batteries qui, à un moment donné, les porteurs de charge ne peuvent plus bouger", a déclaré Alexander Schmid. "Ensuite, ils ne peuvent plus être utilisés pour produire de l'électricité, la capacité de la batterie diminue. Après de nombreux cycles de charge, cela peut devenir un problème sérieux." La batterie oxygène-ion, en revanche, peut être régénérée sans aucun problème : si de l'oxygène est perdu en raison de réactions secondaires, la perte peut simplement être compensée avec de l'oxygène atmosphérique.
Le nouveau concept de batterie n'est pas destiné aux smartphones ou aux voitures électriques, car la batterie oxygène-ion n'atteint qu'environ un tiers de la densité d'énergie à laquelle vous êtes habitué avec les batteries lithium-ion et fonctionne à des températures comprises entre 200 et 400°C. la technologie est extrêmement intéressante pour le stockage de l'énergie. Alexander Schmid l'exprime ainsi : « Si vous avez besoin d'un grand accumulateur d'énergie pour stocker temporairement, par exemple, l'énergie solaire ou éolienne, la batterie oxygène-ion pourrait être une excellente solution. Si vous construisez un bâtiment entier rempli de modules de stockage d'énergie, la densité d'énergie plus faible et l'augmentation de la température de fonctionnement ne jouent pas un rôle décisif. Mais les points forts de notre batterie seraient particulièrement importants dans ce cas : la longue durée de vie, la possibilité de produire de grandes quantités de ces matériaux sans éléments rares et le fait qu'avec ces batteries il n'y a pas de risque d'incendie. ”
Ainsi, le lithium a une densité de charge plus élevée, mais, en même temps, dure beaucoup moins longtemps et coûte beaucoup plus cher que ceux avec des ions oxygène. Ainsi pour certains usages ils peuvent être immédiatement compétitifs, sans compter que la recherche peut, dans la durée, améliorer la densité et réduire la température d'utilisation de cette technologie. Certes, la nécessité d'atteindre des températures élevées est un problème, mais pas insurmontable pour l'ingénierie moderne.
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L'article Piles céramiques : moins chères et plus durables que le lithium, mais… vient de Scenari Economici .
Cet article est une traduction automatique de la langue italienne d’un article publié sur le site Scenari Economici à l’URL https://scenarieconomici.it/batterie-ceramiche-meno-costose-e-piu-durature-del-litio-ma/ le Wed, 05 Apr 2023 19:27:24 +0000.