Recherche de batterie à charge rapide: chaude, super high-tech et époustouflante!

Depuis que les téléphones mobiles sont devenus populaires, l’importance des batteries électriques rechargeables n’a cessé de croître dans le monde entier. Selon Wikipédia, en 2013, environ 6,8 milliards de téléphones portables étaient utilisés dans le monde (y compris les smartphones) et 97 personnes sur 100 dans le monde possédaient au moins un téléphone mobile. Ces chiffres incluent certains des plus pauvres d’entre nous. Alors qu’un grand nombre d’utilisateurs ne vont pas au-delà des simples appels vocaux (et de la messagerie texte peu fréquente), la disponibilité d’« applications  » (ou d’applications) gratuites, excellentes et faciles à utiliser, dont la variété et le nombre augmentent de jour en jour , attire progressivement de nombreux membres de cette catégorie à devenir des utilisateurs de téléphones mobiles «principaux». De nombreuses personnes qui utilisent les PC comme leur principal appareil informatique aujourd’hui, conscientes que les PC abandonneront bientôt leur position de prééminence dans le monde informatique, commencent également à passer aux smartphones. Ces facteurs devraient entraîner une augmentation de 35% du nombre d’utilisateurs de smartphones d’ici 2020 (soit 9,2 milliards d’utilisateurs dans le monde).

À mesure que les smartphones deviennent plus minces, plus légers, plus intelligents, utilisent des écrans plus grands, etc., ils deviennent également plus gourmands en énergie. Ainsi, le besoin critique de batteries à charge ultra-rapide de grande capacité pouvant être rechargées un grand nombre de fois avant d’être jetées, pour le succès des futurs smartphones.

Il existe également d’autres applications importantes, qui dépendent de la charge rapide des batteries pour leur bien-être. L’un est le secteur très populaire des véhicules électriques (VE). Les utilisateurs s’attendent à ce que le temps de recharge de la batterie soit comparable au temps qu’il faudrait pour faire le plein de carburant dans une station-service aujourd’hui, soit de l’ordre d’environ 4-5 minutes. Une autre application très importante concerne les réseaux intelligents – ces stations de gestion d’énergie électrique intelligentes, où les entrées d’électricité et les flux sortants vers les utilisateurs sont gérés. Des batteries de grande capacité à chargement / déchargement rapide sont nécessaires pour stocker l’énergie excédentaire (chaque fois que l’entrée dépasse la demande) et la libérer chaque fois qu’il y a un déficit. Les batteries à chargement rapide utilisées dans les montres intelligentes, les maisons intelligentes et les appareils de santé personnels (PHD) sont un peu moins critiques, mais néanmoins importantes.

Il y a quelques années, il était devenu indéniablement clair que les batteries au lithium-ion (la meilleure technologie de batterie actuellement utilisée) seraient nettement insuffisantes pour les besoins futurs. Il y a un tel écart entre la technologie Li-ion et la batterie projetée du futur, qu’il est devenu tout à fait évident que rien de moins qu’un «saut quantique» (ou une révolution) dans la technologie des batteries suffirait. C’est pourquoi, bien que cela n’ait pas encore fait la une des journaux, des recherches fébriles et frénétiques ont été lancées dans de nombreux centres de recherche et développement universitaires et corporatifs de premier plan pour trouver cette technologie de batterie exaltée du futur avec des fonctionnalités telles que: temps de charge dans l’ordre de quelques minutes voire quelques secondes (wow!), poids réduit (jusqu’à la moitié dans le cas des batteries EV), plus grande capacité, sécurité (pas d’incendies électriques et d’explosions rappelant les mésaventures du Boeing 787 2013 à prévoir! ), un coût nettement inférieur, une manipulation facile et des temps de cycle en milliers et en dizaines de milliers!

Penser à réaliser un «saut quantique» dans la technologie dans un à deux ans aurait laissé de nombreux membres de la communauté scientifique stupéfaits dans un passé récent. Mais maintenant les choses ont changé! L’homme, ayant repoussé les frontières de la connaissance scientifique par des bonds sans précédent ces derniers temps, les chercheurs d’aujourd’hui, assis à l’apogée de la connaissance scientifique, semblent offrir des solutions très prometteuses en un clin d’œil!

Voici donc une liste des technologies les plus prometteuses qui font l’objet de recherches au moment de la rédaction de cet article. (Remarque: la recherche sur les batteries à charge rapide est actuellement inondée de nombreuses technologies alternatives en compétition pour la place n ° 1. Étant si nombreuses, l’auteur n’a pas tenté de présenter une liste exhaustive. Au lieu de cela, la liste ci-dessous représente le meilleur de l’ensemble, à son avis.)

TECHNOLOGIE ALUMINIUM-GRAPHITE (voir les références 2 et 4 pour plus de détails):

En tête de liste se trouve la technologie aluminium-graphite qui est en cours de développement à l’Université de Stanford, aux États-Unis. Il est impressionnant en raison de son temps de charge de 1 minute (oui, 60 secondes!). Bien que sa capacité soit environ la moitié de celle du Li-ion, il compense largement cette lacune par son incroyable temps de charge. Par rapport à la durée de vie du Li-ion d’environ 1000 cycles de charge, l’aluminium-graphite dure au moins 7500 cycles. Il est également beaucoup plus sûr que le Li-ion – les chercheurs disent que même si vous le percez, il ne prendra pas feu!

TECHNOLOGIE ALUMINIUM-AIR (POUR VE) (références n ° 1 et 2):

Dans la batterie aluminium-air (Al-air), l’oxygène de l’air est utilisé dans la cathode et, par conséquent, un oxydant séparé n’est pas nécessaire. Ce type de batterie a des densités d’énergie qui pourraient fournir à un véhicule électrique autant de puissance que le mettre à égalité avec ses homologues à essence. L’autonomie sur une seule charge complète est d’environ 1000 miles! Quelques recharges peuvent suffire si vous conduisez jusqu’à 2000 miles par mois!

Ce qui est impressionnant à propos de cette batterie, c’est qu’elle ne pèse que la moitié du poids de la batterie au lithium actuelle. Avec la moitié du poids de la batterie, vous obtenez beaucoup plus de charge utile pour transporter des passagers et des marchandises (Remarque: la batterie est de loin le composant le plus lourd d’un véhicule électrique. Dans le Tesla Roadster, par exemple, la batterie contribue à environ un tiers du poids total, de sorte que le poids économisé soit un sixième du total est considérable).

TECHNOLOGIE ALUMINIUM-AIR (POUR VE) (référence n ° 2):

Il s’agit d’un type différent de la technologie Al-air décrite ci-dessus. Wow car il fonctionne sur l’eau (ordinaire ainsi que l’eau de mer) et a 40 fois la capacité du Li-ion!

CHARGE RAPIDE BASÉE SUR LA NANOTECHNOLOGIE (référence n ° 5):

StoreDot Ltd., une société israélienne de haute technologie spécialisée dans les batteries à charge rapide sortira bientôt avec « FlashBattery for SmartPhones », un chargeur universel pour smartphone. L’entreprise utilise des composés organiques exclusifs créés / manipulés à l’aide de la nanotechnologie.

Qu’est-ce qui le rend épatant? Il peut recharger n’importe quel téléphone, quelle que soit la marque ou le modèle, en une minute (max)!

Outre les téléphones, le chargeur peut être utilisé pour charger des appareils portables, des PHD, des tablettes, etc. Cependant, il y a un hic – bien que prouvé, il n’est pas encore disponible dans le commerce! Cela peut prendre un an à partir de maintenant avant qu’il ne devienne disponible dans les magasins de détail.

StoreDot proposera également « FlashBattery for EV », un chargeur rapide pour voitures électriques. Ce produit est prévu pour charger une batterie de voiture en seulement cinq minutes!

CHARGE RAPIDE SUR LES ONDES RADIO (référence n ° 2):

Dans cette technologie, l’énergie électrique utilisée pour la charge est transmise par ondes radio.

Pas très impressionnant, sauf que c’est sans fil et se recharge à une distance allant jusqu’à 20 pieds. Et il y a aussi un hic – il n’est pas immédiatement disponible sur le marché.

TECHNOLOGIE DES FLUX ORGANIQUES (référence n ° 2 et Wikipedia):

Développée par le MIT (Massachusetts Institute of Technology), la technologie des flux organiques génère de l’électricité en utilisant une substance organique, l’AQDS (acide 9,10-anthraquinone-2,7-disulfonique) comme support de charge.

Cela nous épate en réduisant de 97% les coûts de production d’électricité (à partir de batteries) – alors que les batteries métalliques fournissent 1 KWh d’énergie à 700 $, les batteries à flux organique vous donnent autant d’énergie pour seulement 27 $!

NANOBATTERIES (références n ° 2, 6 et Wikipedia):

Les nanobatteries sont fabriquées à partir de batteries de taille « nano » (c’est-à-dire de tailles comprises entre 10 et -9 mètres). Les « nano » batteries sont créées en plaçant deux électrodes dans un petit trou (ou « nanopore ») dans une membrane électriquement isolante ou un composé métallique (comme l’oxyde d’aluminium) séparés par un mince film isolant. Un grand nombre de « nanopores » sont fusionnés pour former une batterie pleine.

Quelque chose de superlatif à leur sujet? Oui! Les nanopores sont si petits qu’ils ne sont pas visibles individuellement. Ils peuvent contenir jusqu’à quatre fois l’énergie du Li-ion et se recharger complètement en 10 minutes. En outre, ils ont une durée de vie d’environ 1000 cycles de charge.

TECHNOLOGIE DE DIOXYDE DE LITHIUM-TITANE DE NTU (POUR VE) (référence n ° 7 et Wikipedia):

Il s’agit d’une percée technologique de l’Université technologique de Nanyang (NTU), basée à Singapour. En remplaçant la cathode en graphite des batteries Li-ion par un gel bon marché à base de dioxyde de titane, NTU affirme avoir développé une batterie à charge ultra-rapide qui se recharge à 70% de sa capacité en deux minutes! Outre le temps de charge de deux minutes, ce qui est impressionnant, c’est sa durée de vie extraordinaire de 20 ans.

Principalement ciblé sur les véhicules électriques, le facteur de durée de vie de la batterie devrait réduire considérablement les coûts qui, autrement, se seraient produits en raison des remplacements fréquents de batteries.

REMARQUE: Comme mentionné précédemment, la recherche sur les batteries à charge rapide est un domaine en évolution qui regorge actuellement de plusieurs technologies alternatives qui sont prometteuses. Les technologies basées sur le substrat en mousse métallique, le silicium, le sodium-ion, les piles à combustible microbiennes alimentées par l’urine, le solaire, l’hydrogène, la suie de bougie et plusieurs autres qui sont en cours de R&D ont été contournées lors de l’établissement de la liste ci-dessus, que l’auteur estime lot. Une omission notable est la technologie «over the air charge» de Meredith Perry, qui utilise l’électricité transmise par ultrasons pour la recharge. Une technologie très attendue et très appréciée il y a encore peu de temps, elle n’a apparemment pas réussi les tests d’évaluation récents, de sorte qu’elle a dû être abandonnée.

Références: (Couper + coller du lien dans votre navigateur est nécessaire pour accéder aux numéros de référence 3 à 7)

1. Jeffrey Marlow, «Les 10 domaines les plus chauds de la recherche scientifique», Les 10 domaines les plus chauds de la recherche scientifique | Câblé, http://www.wired.com/2013/08/the-10-hottest-fields-of-science-research/

2. Pocket-lint, « Future batteries, à venir: chargez en quelques secondes, les derniers mois, et chargez à distance, » Future batteries, à venir: chargez en quelques secondes, les derniers mois, et chargez à distance – Pocket-lint, http://www.pocket-lint.com/news/130380-future-batteries-coming-soon-charge-in-seconds-last-months-and-power-over-the-air

3. ScienceDaily, «Batteries Research», Batteries News – Science Daily, sciencedaily.com/news/matter_energy/batteries/

4. Université de Stanford, «La batterie en aluminium de Stanford offre une alternative sûre aux batteries conventionnelles», news.stanford.edu/news/2015/march/aluminum-ion-battery-033115.HTML

5. StoreDot Ltd., «FlashBattery for Smartphones», StoreDot What We Do, store-dot.com/#!smartphones/c1u5l

6. Ars Technica, « Nouvelle batterie composée de lots de nanobatteries » | Ars Technica, arstechnica.com/science/2014/11/new-battery-composed-of-lots-of-nanobatteries/

7.Nanyang Technological University, « NTU développe des batteries à charge ultra-rapide qui durent 20 ans », News Detail, media.ntu.edu.sg/NewsReleases/Pages/newsdetail.aspx?news=809fbb2f-95f0-4995-b5c0-10ae4c50c934

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