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Un nouveau type de batterie aluminium-ion se chargerait 60 fois plus vite et contiendrait trois fois plus d'énergie
Elle pourrait être utilisée dans l'industrie du stockage d'énergie

Le , par Bill Fassinou

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La société australienne Graphene Manufacturing Group (GMG) a annoncé des résultats de tests de performance passionnants pour un nouveau type de batteries qu'elle a conçues. Il s'agit en effet de batteries aluminium-ion qui peuvent se charger jusqu'à 60 fois plus vite que les piles lithium-ion actuelles, tout en durant beaucoup plus longtemps et sans nécessiter de refroidissement. Elles seraient également capables de contenir trois fois plus d'énergie que les meilleures batteries aluminium existant sur le marché. Son inventeur estime qu'elles devraient révolutionner l'industrie du stockage d'énergie, en particulier celle des véhicules électriques.

GMG révèle de nouvelles batteries à recharge ultrarapide

Avec le développement sans cesse croissant de l'IdO, plusieurs nouveaux dispositifs sont connectés à Internet chaque année (traqueurs, voitures, maisons, etc.). Cela dit, l'un des défis les plus importants de ce secteur est le stockage d'énergie, notamment les batteries. Un meilleur système de stockage d'énergie permettrait, entre autres, aux voitures électriques de rouler longuement, diminuant les arrêts de recharge et réduisant la prolifération des stations de recharge, qui ne sont pas aussi écologiques qu'il parait. L'Australien GMG estime qu'il a peut-être la solution adaptée à la mobilité électrique.



La société a révélé dernièrement avoir mis au point un nouveau type de batteries aluminium-ion capables de se recharger jusqu'à 60 fois plus vite que certaines batteries lithium-ion et contiennent trois fois plus d'énergie que les meilleures batteries à base d'aluminium. Les batteries sont basées sur une technologie révolutionnaire mise au point par Xiaodan Huang de l'Institut australien de bio-ingénierie et de nanotechnologie de l'Université du Queensland. Cette technologie utilise la nanotechnologie pour ajouter des atomes d'aluminium à l'intérieur des microperforations des plans de graphène.

Les batteries seraient plus sûres que leurs homologues au lithium-ion, car il n'y a pas de limite supérieure pouvant entraîner une surchauffe spontanée. Elles seraient aussi plus durables, car elles peuvent être recyclées facilement. Les tests effectués par la publication spécialisée Advanced Functional Materials auraient conclu que les batteries présentent des performances exceptionnelles à haut débit, surpassant tous les matériaux de cathode AIB connus. « Elle se charge si rapidement qu'elle est en fait un super condensateur », a déclaré le directeur général de GMG, Craig Nicol.

« Cela charge une pile bouton en moins de 10 secondes. Jusqu'à présent, il n'y a aucun problème de température. Vingt pour cent d'un pack de batteries lithium-ion (dans un véhicule) est lié à leur refroidissement. Il y a de très fortes chances que nous n'ayons pas du tout besoin de ce refroidissement ou de ce chauffage. Les batteries ne surchauffent pas et fonctionnent très bien au-dessous de zéro jusqu'à présent dans les tests. Ils n'ont pas besoin de circuits pour le refroidissement ou le chauffage, qui représentent actuellement environ 80 kg dans un pack de 100 kWh », a affirmé Nicol.

GMG veut s'emparer du marché des véhicules électriques

Selon GMG, ces piles peuvent se recharger si rapidement qu'un téléphone portable équipé de cette technologie aluminium-ion pourrait être rechargé en 1 à 5 minutes. Transposez ce concept dans le monde de la voiture électrique et vous obtenez un véhicule électrique qui parcourt 60 % de la distance d'une Tesla équivalente en une charge, mais qui se recharge si vite que l'autonomie devient un problème bien moins important. De plus, elles dépasseraient largement les batteries au lithium dans les tests de cycle de vie, subissant 2 000 cycles complets de charge et de décharge sans aucune détérioration apparente des performances.

Pour les critiques, le fait que la nouvelle batterie de GMG n'est pas faite en lithium est une bonne chose. Elles estiment que, comme 90 % de la production et des achats de lithium dans le monde passent par la Chine, les chaînes d'approvisionnement mondiales sont très vulnérables en cas de différends commerciaux. Un autre atout de la batterie GMG est son excellente performance thermique. Ce fait modifie l'équation de l'autonomie. En prenant la batterie de 100 kWh décrite ci-dessus, une batterie GMG du même poids ne transporterait que 60 kWh.

Cependant, si les 80 kg d'équipements destinés au refroidissement ne sont pas nécessaires, la voiture alimentée par GMG peut faire fonctionner 80 kg supplémentaires de batteries, ce qui vous donnerait un total de 72,8 kWh, avec des taux de charge massivement plus rapides qui pourraient pratiquement mettre fin à l'angoisse de l'autonomie. Selon les critiques, il s'agit d'un compromis très intéressant, en particulier pour une batterie qui pourrait bien durer plus longtemps que quelques véhicules avant d'être retirée du marché.

Nicol a aussi insisté sur le fait que la nouvelle technologie qui alimente ses batteries pourrait être industrialisée pour s'adapter aux boîtiers lithium-ion actuels, comme l'archétype MEB du groupe Volkswagen, évitant ainsi les problèmes liés aux architectures de l'industrie automobile qui ont tendance à être utilisées pendant 20 ans. « Les nôtres auront la même forme et le même voltage que les cellules lithium-ion actuelles, ou nous pourrons passer à n'importe quelle forme nécessaire. C'est un remplacement direct qui se charge si rapidement qu'il s'agit en fait d'un super condensateur », a déclaré Nicol.

« Certaines cellules lithium-ion ne peuvent pas dépasser 1,5-2 ampères, sous peine de faire exploser la batterie, mais notre technologie n'a aucune limite théorique », a-t-il ajouté. La technologie aluminium-ion présente toutefois des avantages et des inconvénients intrinsèques par rapport à la technologie prééminente de la batterie lithium-ion utilisée dans presque toutes les voitures électriques (VE) aujourd'hui.

Quelques défis restent à relever pour le moment

Selon les critiques, si ces batteries sont aussi "performantes", il y a néanmoins d'autres problématiques à prendre en compte. L'une d'elles serait l'infrastructure de recharge. Les téléphones portables peuvent se recharger rapidement sans griller le réseau électrique, mais les voitures électriques ne le peuvent tout simplement pas pour le moment. Les Superchargers de Tesla pompent déjà des électrons à des taux allant jusqu'à 250 kW, ce qui représente un transfert d'énergie de 60 kWh en 15 minutes environ. Si l'on veut recharger 10 fois plus vite que cela, il faut pouvoir fournir instantanément 2,5 mégawatts au câble de charge.

À titre de référence, une centrale électrique au charbon typique a une puissance totale d'environ 600 mégawatts. Ainsi, si 240 de ces voitures à recharge ultra rapide se branchaient en même temps, elles imposeraient au réseau électrique une charge instantanée équivalente à celle d'une centrale entière. Cela représente une charge 10 fois plus rapide que les batteries actuelles. Selon GMG, la charge pourrait être 60 fois plus rapide que celle de certaines batteries. De ce fait, ces dernières estiment que les véhicules électriques à recharge ultrarapide seront donc difficiles à mettre en place à grande échelle.

Cette difficulté résiderait également dans le fait que le monde s'oriente vers des sources d'énergies renouvelables plutôt que vers des sources comme le charbon et le gaz, qui peuvent vite s'activer pour répondre aux pics de demande. Et même si les stations de charge disposaient de leur propre stockage d'énergie à décharge rapide sur place, se rechargeant au compte-goutte à partir du réseau à des taux plus lents, il faudrait aussi un sacré câble entre le boîtier et la voiture pour déplacer autant d'électrons aussi rapidement. Un autre problème serait l'ingrédient clé de la batterie de GMG.

Il s'agit du graphène poreux dans lequel et autour duquel les molécules d'aluminium sont diffusées dans le processus de fabrication de GMG. La société affirme pouvoir produire du graphène de haute qualité à faible coût et en quantités évolutives. Mais elle n'a donné aucun chiffre sur le coût de ces batteries si elles étaient fabriquées à grande échelle. Le prix du graphène avoisinant les 100 dollars par gramme, même une version "low cost" (bon marché) pourrait s'avérer très coûteuse. Et le dernier est le délai. Comme vous le savez certainement, il y a souvent un certain décalage entre le banc d'essai et le produit final.

GMG affirme qu'elle fabriquera des prototypes de batteries à pièces pour des tests clients à très petite échelle d'ici la fin de l'année, avec des batteries à poche en préparation, mais il n'y a aucune indication de la date à laquelle ces choses pourraient arriver sur le marché à grande échelle. Enfin, rappelons que la société n'a pas mis au point la technologie de la batterie elle-même ; elle a été développée à l'origine à l'Université du Queensland et les résultats des tests ont été publiés dans la revue Advanced Functional Materials.

Il n'en reste pas moins qu'il n'y a aucune garantie dans le domaine des batteries, et personne ne sait si GMG parviendra à faire fabriquer ce produit à grande échelle à un prix compétitif. Mais la technologie elle-même semble définitivement prometteuse.

Source : GMG, Université du Queensland

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Avatar de smarties
Membre éprouvé https://www.developpez.com
Le 19/05/2021 à 8:39
On voit régulièrement de nouvelles technologies de batterie avec de belles promesses voir le jour mais combien sont finalement produites à l'échelle mondiale ?
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Avatar de tralloc
Membre averti https://www.developpez.com
Le 20/05/2021 à 15:58
Ca a l'air intéressant quand même.

Un affichage du kwh/kg me semblerait plus simple.
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Avatar de Steinvikel
Membre expert https://www.developpez.com
Le 20/05/2021 à 18:32
Les premières lignes de la source présentent ceci : (ordre respectif)

Battery Technology >> Taiwan/Stanford US1, Stanford US2, GMG+UQ3 (l'étude en question)
Electrode Materials >> Natural graphite/Aluminium, CVD graphitic foam/Aluminium, GMG+UQ Graphene/Aluminium (l'étude en question)
Energy Density (Wh/kg) >> ~68.7, 40, 150-160 (l'étude en question)
Power Density (W/kg) >> ~41.1, ~3000, ~7000 (l'étude en question)
Calculated Time to Fully Charge Average Phone Battery (minutes) >> ~60-110, 1 – 5, 1 – 5 (l'étude en question)


donc ici, il est clairement dit :
- que l'énergie par masse (et non par volume) est amélioré d'un rapport 2 à 4 >> aka énergie spécifique (densité d'énergie massique)
- que la puissance par masse (et non par volume) est amélioré d'un rapport 2 à 200 >> aka puissance spécifique (densité de puissance massique)
- que le temps de charge moyen (de 0% à 100%) d'une batterie de téléphone est amélioré d'un rapport 1 à 20 (1= pas d'amélioration)

Je lis également plus tard :
"graphene aluminium-ion batteries provide major benefits in terms of longer battery life (over 2000 charge / discharge cycles testing so far with no deterioration in performance)"
sans qu'il soit précisé quelle baisse de perf est constaté après tous ces cycles. Or 2 000 cycle est la moyenne basse des nombre de cycles des batteries de bonne qualité actuelle (avoisinant les 10 000 cycles).

Pour finir, les l'abstract de l'étude ne fournit aucun élément probant autre que les quelques chiffres ci-dessus, qui sont eux-même une citation d'une étude de 2017 pour Standford US1, 2015 pour Standford US2, et l'étude actuelle pour GMG+UQ3.
L'université ne fournis même plus l'accès à l'article (faut-il être connecté pour pourvoir rendre l'URL valide ?).

En outre, n'ayant accès qu'a un abstract purement marketing (que des promesses, sans réelles explications), je classe cette nouvelle avec les n'ième avancés technologie qui restent qu'au stade de la publication (intox ou pas).

PS : et pour rappel, ce qui différencie un condensateur (ou supercondensateur) d'une batterie, c'est que son stockage d'énergie est dû à l'électrostatisme, et non l'électrochimie.
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Avatar de Zéolith
Membre à l'essai https://www.developpez.com
Le 20/05/2021 à 22:23
... qu'on trouve.

Je découvre cette technologie. Pas d'avis, pas le temps de fouiller. et je suis d'accord qu'il s'agit peut-être d'une "exagération" marketing.
Néanmoins, on peut souligner que ces annonces nombreuses sont le signe de recherches réelles et intenses. Et je suis totalement convaincu qu'à force de chercher, les scientifiques mettront le doigt sur des pistes sérieuses.
L'affaire des énergies renouvelables et son pendant celle du stockage sont essentiellement liées à mes yeux au fait que personne ne s'est vraiment penché sur l'idée de massifier les technologies EnR durant des décennies .

Sauf les chinois ... avec le succès que l'on constate. Or il n'ont rien inventé vraiment, juste industrialisé. Il suffisait d'avoir l'idée et envie de le faire (ok, j'exagère un peu).
Je pense qu'il en est de même avec le stockage. Nous avons les connaissances, il faut juste fouiller, mettre au point. Des solutions verront le jour, j'en suis convaincu. Ce n'est qu'une question d'investissement et d'un peu de temps.

Ma seule crainte est que ce soit vain car trop tard par rapport au réchauffement climatique. Il va nous falloir 30, 40 ans pour vraiment réduire notre impact en CO2 et je crois que l'inertie climatique est telle que nous avons déclenché des phénomènes maintenant déjà insurmontables.
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Avatar de SkyZoThreaD
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 19/05/2021 à 13:05
Le prix on s'en fout. Les avantages certains de ces batteries face au Li sont telles (si j'en crois l'article) que les constructeurs pourraient au moins les vendre dans des produits haut de gamme le temps que ça décote. C'est le but des gammes hautes : rémunérer le R&D. Ensuite, les process et usines seront en place et les prix vont baisser.

En tout cas, si ça se confirme c'est la meilleur nouvelle du siècle.

- Un matériau très abondant partout dans le monde
- Plus besoin de consommer de l’énergie pour chauffer la batterie, donc plus d'autonomie.
- Plus de limite d'ampérage en E/S, donc utilisable pour la régulation du réseau électrique avec les énergies intermittentes (adieu gaz naturel)

J'espère juste qu'il n'y a pas de "loup" car c'est beaucoup trop alléchant pour être vrai
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Avatar de Steinvikel
Membre expert https://www.developpez.com
Le 20/05/2021 à 23:31
Des annonces de batteries plus denses et plus rapides, se rapprochant des condensateurs, j'en vois de temps en temps qui sortent depuis une dizaine d'années, ça n'a pas vraiment bougé, à la différence des évolutions de techno de cathodes et anodes.
Le fait qu'il y ai des annonces de ce type est une preuve indirecte d'activité, car la recherche est fondé sur la présence bibliographique et son référencement (pour faire simple) ....pour être subventionné, avoir un minimum de reconnaissance scientifique, etc. le système impose de publier un certain nombre de travaux par an. Certains acteurs frisent le canular pour simplement faire rentrer des sous sans se fouler, ou par manque de résultat.

Au premier regard, c'est à ça que ça ressemble, mais je ne connait pas cette institut de recherche, peut-être est-ce une entité sérieuse et approuvé.
La dernière news de ce type était spécifiquement orienté sur les téléphones portables, elle promettait un maintient de la capacité mais un temps de chargement de 30 secondes en place de 3 heures. Elle se comparait elle aussi à des condensateurs, et n'a jamais spécifié en quoi elle s'en distinguait.
Aujourd'hui on trouve des acteurs aux USA comme en Europe) fournissant des supercondensateur de 4.25 Wh pour un volume de 14 cm par 6 cm de diamètre et environ 0,5 kg, une tension max de 3 V, des pics de courant de 2'800 A >> 8'400 W
--> la puissance massique minimale est de 9 kW/kg (nominale = 14 kW/kg)
--> l'énergie massique minimale est de 8,5 Wh/kg (nominale non fournie)
--> capacité totale minimale 3400 Farads (4.25 Wh si chargé à la tension maximale ...en pratique on ne charge qu'à 80% de la valeur max pour permettre de doubler la durée de vie)
--> volume nominal = 264 cm^3 (une canette de 33cl occupe 240 cm^3 --> 11,6 cm par 6,6 cm de diamètre)
on est loin de l'autonomie et compacité de la batterie Li-ion conventionnelle ...surtout avec un courant de fuite négligé de 12 mA ! ...(qui décroit à mesure que la tension baisse)
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Avatar de tralloc
Membre averti https://www.developpez.com
Le 21/05/2021 à 8:56
Pour rappel, d'après cet article :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Accumulateur_lithium-ion

La batterie de lithium ion
- densité massique d'énergie de 100 à 265 Wh/kg
- puissance massique 300 à 1 500 W/kg
...

Alors d'accord, on améliore la puissance, ce qui est sympa, mais pour l'autonomie on repassera

Cela dit : faut voir la pollution engendrée comparativement, et je cois que le bilan n'est pas bon ni d'un côté ni de l'autre.

Quid de la batterie au sodium ? (qui je le rappelle sera probablement bientôt produite en france Tiamat Energy) on est loin là aussi des perf du lithium en terme de stockage (90wh/kg), mais je crois qu'écologiquement l'extraction du sodium est moins pourrie (peut-on prendre celui qui est dans la mer ?)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Accumu...eur_sodium-ion
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Avatar de tralloc
Membre averti https://www.developpez.com
Le 21/05/2021 à 9:11
Fin 2019, Tiamat annonce des cellules pouvant être chargées en 5 minutes et ayant une durée de vie de 5 000 cycles (en gardant 80 % de leur capacité) mais une capacité inférieure de 40 % aux lithium-ion (en augmentation de 30 % sur les deux dernières années)
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Avatar de domi65
Membre confirmé https://www.developpez.com
Le 21/05/2021 à 11:28
Elles estiment que, comme 90 % de la production et des achats de lithium dans le monde passent par la Chine, les chaînes d'approvisionnement mondiales sont très vulnérables en cas de différends commerciaux
Les chinois ne sont pas des saints, c'est clair (je ne connais aucun peuple qui en soient). Mais jusqu'à présent, ce ne sont pas les chinois mais les étasuniens qui font des embargos un peu partout dans le monde, et de plus en plus souvent, y compris chez leurs meilleurs alliés.
Et puis ces 90% correspondent à une production, pas aux réserves. Ce qui fait que si la Chine veut continuer à conserver son industrie de production, elle n'a aucun intérêt à se faire remplacer par d'autres pays plus soumis au USA qui disposent de réserves. En fait les plus grandes réserves sous sous-marines et leur exploitation a déjà commencé.
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Avatar de pierre.E
Membre averti https://www.developpez.com
Le 21/05/2021 à 17:18
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