HIGH-TECH et ENERGIE

Je donne une suite à l’excellente publication d’Anouz que vous trouverez ici :

https://jtgeek.com/6-choses-savoir-sur-les-batteries-de-vos-smartphones/

On dit de nos smartphones et autres IOT [Objets connectés] qu’ils sont mobiles, mais en réalité, leur efficience ne dépend que de leurs ressources en énergie. L’autosuffisance énergétique apparaît comme un Graal qui joue les Arlésiennes, et la ‘simple’ suffisance énergétique soulève bien des polémiques dans le milieu de la recherche.

En outre, la cupidité de certains fabricants peu scrupuleux a conduit des batteries Lithium-ions à surchauffer jusqu’à exploser. Ce problème ayant conduit à d’imposer des règles drastiques en matière de transport des batteries.

Juste pour rappel, car ce problème est connu, certaines batteries Lithium-ion connaissent des phases ‘d’emballement thermique’, autrement dit de surchauffe exponentielle. Des fabricants indélicats font l’économie du rupteur de charge [interrupteur OFF quand la charge est optimale]. Et à force de faire de la finesse des smartphones un pseudo avantage concurrentiel, les batteries sont de plus en plus fines et l’espace d’échange entre la plaque positive et la plaque négative s’amenuise, rendant difficile la circulation des composants chimiques qui s’échauffent.

Le cumul de ces deux facteurs donne à réfléchir lorsque l’on s’adresse à des produits le plus généralement dénués de toutes normes officielles.

Toutefois force est de constater que les grands constructeurs ne font plus l’impasse sur ce problème et dotent d’origine leurs accumulateurs de ces indispensables rupteurs. La question reste évidemment posée pour les innombrables produits OEM en usage, et toujours en vente.

Lithium-Ions, une recherche bipolaire 

Le premier axe de recherche vise à améliorer les performances de la technologie existante.

[Désolé pour ce digest trop simpliste]

Créées par Sony en 1991, les batteries lithium-ion ont bien peu évolué. De nombreuses pistes ont été explorées telles la batterie lithium-soufre, le recours au Kevlar, aux nanoparticules de dioxyde d’étain, aux anodes en lithium sans que rien de concret n’émerge.

Des centres de recherche tels Satki 3, ou encore Seeo parlent aujourd’hui d’une batterie lithium-ions dont les électrodes et l’électrolyte seraient solides et non liquides. Les composants mis en œuvre par pulvérisation sous vide offrent le gros avantage d’un électrolyte non-inflammable, constitué d’un polymère à nanostructure nommé DryLyte.

 

Ce composant permet déjà de fabriquer des batteries lithium-ion capables d’emmagasiner deux fois plus d’énergie que les batteries actuelles. Les valeurs avancées sont de 1.162 Wh/litre contre 620 Wh/litre pour les meilleures batteries lithium-ion connues à ce jour. Et le raisonnement inverse se vérifie, car si on peut doubler la charge dans un même volume, on peut obtenir la charge initiale dans la moitié du volume actuel.

Mais comme tout ne va pas toujours pour le mieux dans le meilleur des mondes, ces nouvelles technologies ne permettent, à ce jour, qu’une centaine de cycles de charge-décharge. L’objectif des 1000 cycles de charge-décharge est en passe d’être atteint. Par contre, bonne nouvelle, ces batteries ne coûteraient pas plus cher que celles en usage aujourd’hui.

Un rapide calcul permet de dire que les batteries des smartphones verraient, dans ces conditions, leur capacité doubler, ce qui permettrait de diviser par 2 la fréquence des charges, ou autoriserait le doublement de la consommation énergétique des smartphones et donc par exemple, l’adoption de technologies 2 fois plus énergivores.

Le second axe de recherche vise à développer une alternative au lithium :

Les axiomes de base de cette recherche sont de créer une batterie plus puissante, plus écologique et moins onéreuse que les traditionnelles lithium-ion, rien que ça !

Emmenés par le professeur chinois Hongjie Dai, une équipe de chercheurs de la Stanford University a développé une batterie aluminium-ion très prometteuse.

Le Professeur Hongjie Dai qui est loin d’être un béotien déclare :

‘Nous avons développé une batterie aluminium rechargeable qui peut remplacer des produits de stockage telles que les piles alcalines qui sont nuisibles pour l’environnement, ou les batteries lithium-ion qui peuvent parfois prendre feu’ CQFD.

L’aluminium peu inflammable offre une capacité de stockage de charge élevée et un faible coût. Jusqu’à présent, les batteries aluminium butaient le nombre de charges limitées et le maintien des performances au fil des cycles de charge. Les prototypes parfaitement fonctionnels, issus du Centre de recherche de l’Université de Stanford USA, supportent à ce jour 7.500 cycles sans perdre en efficacité ce qui est littéralement sidérant.

Cette batterie se compose d’une anode en aluminium et d’une cathode en graphite [en vérité il s’agirait plutôt de strates projetées de graphène constituant une structure graphite], associées à un électrolyte liquide, le tout inséré dans une poche souple en polymère. L’équipe dit avoir découvert de façon accidentelle qu’une cathode à base de graphite [strates de graphène selon la littérature scientifique] pouvait solutionner ce problème d’endurance.

Le Professeur Hongjie Dai nomme cette batterie ‘Aluminium-Ultra-Ion’ dans une publication scientifique de la revue américaine Nature datant du 6 Avril 2015 ce qui est fort récent.

L’équipe de Stanford déclare que cette batterie non inflammable, qui résiste à plus de 7500 cycles sans aucune perte de capacité, permet des temps de rechargements fulgurants d’environ 1 minute. Si vous suivez mon regard, il y a là l’opportunité de multiplier les bornes de recharge par induction afin des s’affranchir de nos encombrants chargeurs !

La recherche se poursuit et de nouveaux prototypes suggèrent une future batterie capable de supporter plusieurs dizaine de milliers de charges. C’en est trop pour nos smartphones qui au rythme d’1 charge par jour devraient avoir une durabilité de plus de 27 ans [10.000/365] avant d’envisager le remplacement de la batterie^^

Je devrais aussi sans doute parler de la technologie développée par Hydro-Québec, qui non seulement existe et double la capacité des batteries traditionnelles mas qui plus est, cocorico, a fait l’objet d’un accord transversal Québec-France pour que l’usine de production vienne s’installer en France, plus précisément à Lacq. A elle seule, cette batterie opérationnelle qui n’en est pourtant qu’à ses débuts pourrait remplacer très avantageusement celles qui équipent nos smartphones.

Le but affirmé d’Hydro-Québec étant de produire les batteries pour voitures électriques d’une autonomie initiale de 500km, puis l’équivalent d’un plein de carburant ‘économique’ soit 1500km, à terme d’un nombre d’années connu du seul INRS [équivalent canadien du CNRS].

TESLA n’a pas manqué de faire entendre ses cris d’orfraies, il n’empêche que si ces véhicules revendiquent des autonomies de 500km dès aujourd’hui, c’est à coup de batteries très onéreuses et pesant le double de celles produites (à court terme) par Hydro-Québec.

La joute ne s’arrêtera certainement pas là !

Et voici le chien dans le jeu de quilles !

Les 2 axes de recherches décrits très succinctement voient poindre une alternative qu’on aurait pu croire abandonnée, mais qui a été fortement développée en secret, pour se trouver aujourd’hui finalisée. Il s’agit de la micro pile à combustible développée et produite par Toshiba, Nec et Fujitsu.

A la différence des batteries classiques qui sont rechargeables et donc tributaires d’une source d’énergie électrique fixe [j’exclue du débat les batteries externes], ces piles à combustibles sont alimentées par un réservoir rechargeable. Du coup, l’autonomie des appareils ne dépendra plus que du nombre de recharges que l’on aura sur soi. Cette technologie sonnerait (ra) le glas des attentes même brèves devant des ‘stations’ de recharge électrique et les périodes ‘d’inopérabilité’ des appareils ainsi immobilisés.

Méthanol et hydrures, un cocktail ‘électrisant’ :

Pour fournir de l’énergie, les piles à combustibles créent une réaction chimique, qui consiste à « brûler », de l’hydrogène et de l’oxygène. En réaction, on obtient un courant électrique, un peu de chaleur et un peu d’eau [désolé pour les raccourcis excessifs].

La principale difficulté a consisté à stocker l’hydrogène sous une forme stable et non explosive. La piste la plus étudiée a été celle du méthanol. On parle de pile à méthanol directe sous l’acronyme DMFC pour ‘Direct Methanol Fuel Cell’.

Le CEA [commissariat à l’Energie Atomique] a exploité des hydrures métalliques. Il s’agit d’alliages de métaux sous forme de poudre et pouvant être conditionnés dans une pâte molle. Ils contiennent des atomes d’hydrogène qui peuvent être libérés, en modifiant la température ou la pression.

Avec ces hydrures, une charge a la forme et le volume d’une carte de crédit, ou d’une barrette de chewing-gum, tandis que les recharges de méthanol ressemblent à des cartouches d’encre.

La piste méthanol a été choisie par Toshiba, Nec et Fujitsu et devrait rapidement être commercialisée sur de nombreux PC, tablette et autres smartphones.

Voilà donc bien une piste qu’il convient de ne pas négliger.

La suite sera question de temps, d’argent et de marketing.

Rédacteur invité: Mo