De nouvelles électrodes pourraient réduire drastiquement le temps de chargement des batteries

Des chercheurs de l'École d'ingénierie de l'Université Drexel affirment avoir créé un nouveau matériau bidimensionnel hautement conducteur appelé MXene qui permettrait de recharger les batteries plus rapidement. Dirigée par le professeur Yuri Gogotsi, l'équipe affirme que les électrodes fabriquées à partir de MXene permettront aux batteries ordinaires de charger aussi rapidement que les supercondensateurs mais avec le potentiel de stockage d'énergie d'une batterie conventionnelle.

Comme l'explique Gogotsi, son article réfute le dogme largement accepté selon lequel le stockage chimique d'énergie utilisé dans les piles et les pseudocondensateurs est toujours beaucoup plus lent que le stockage physique utilisé dans les condensateurs électriques à double couche, également appelés supercondensateurs. Son équipe a démontré que de fines électrodes MXene se rechargent en dizaines de millisecondes grâce à la conductivité électronique très élevée de MXene. Selon le professeur, cela ouvre la voie au développement de périphériques de stockage d'énergie ultra-rapides qui peuvent être chargés et déchargés en quelques secondes, mais stockent beaucoup plus d'énergie que les supercondensateurs conventionnels.

Expliqué simplement, le MXene a plus de place pour stocker des électrons que les électrodes utilisées aujourd'hui. Plus de stockage d'électrons est égal à plus d'énergie électrique stockée et transmise. L'équipe a récemment publié ses travaux dans la revue Nature Energy. En travaillant avec les professeurs Patrice Simon et Zifeng Lin à l'Université Paul Sabatier en France, l'équipe a développé une électrode d'hydrogel avec une plus grande performance volumétrique, une mesure importante de la capacité de la batterie à stocker de l'énergie.

« Dans les batteries traditionnelles et les supercondensateurs, les ions doivent franchir un chemin tortueux vers les ports de stockage d'énergie, ce qui ne ralentit pas tout, mais crée également une situation où très peu d'ions atteignent effectivement leur destination à des taux de charge rapides », explique Maria Lukatskaya, la principale auteure de l'article. L'architecture d'électrode idéale permettrait aux ions de se déplacer vers les ports via des autoroutes à plusieurs voies et à grande vitesse au lieu de prendre des routes à une seule voie. Notre conception d'électrode macro-poreuse atteint cet objectif, ce qui permet une charge rapide, soit de l'ordre de quelques secondes ou moins. »

Le principal avantage des électrodes MXene est leur conductivité supérieure, qui est l'équivalent de celle de métaux tels que le cuivre et l'aluminium. MXene a été créée pour la première fois dans les laboratoires Drexel en 2011 et les chercheurs ont exploré leurs utilisations nombreuses et variées, du stockage d'énergie en passant par la protection contre les rayonnements électromagnétiques et la filtration de l'eau..

« Si nous commençons à utiliser des matériaux à faible dimension et électroniquement conducteurs comme électrodes de batterie, nous pouvons faire fonctionner les batteries beaucoup plus rapidement qu'aujourd'hui », a déclaré Gogotsi. « Éventuellement, la reconnaissance de ce fait nous mènera à des batteries de voitures, d'ordinateurs portables et de téléphones cellulaires capables de recharger à des vitesses beaucoup plus élevées. On parle ainsi de secondes ou de minutes plutôt que d'heures. »

Henrik Fisker prend un chemin similaire. Il dit que sa plus récente voiture, la Fisker EMotion, utilisera un système propriétaire semblable à un supercondensateur qui permettra à la voiture d'avoir une autonomie de 645 km et un temps de recharge de 9 minutes.

Attendre sans rien faire pendant que la voiture électrique recharge est peut-être l'un des plus grands freins à l'adoption des VÉs. Même Tesla, qui possède le plus grand réseau de charge de haute puissance au monde, exige que ses conducteurs attendent 30 minutes de plus pour recharger leurs batteries lors des voyages loin de leur domicile. Si quelqu'un pouvait réduire ce temps d'attente à quelques minutes, l'impact sur le marché de la voiture électrique serait énorme.

Les mises en garde habituelles s'appliquent. Des chercheurs du monde entier travaillent sur des améliorations qui rendront les batteries de VÉs plus légères, à plus grande densité énergétique et moins coûteuses tout en réduisant les délais de chargement. Des percées dans la technologie de la batterie sont annoncées presque tous les jours. Mais sortir les nouvelles technologies hors du laboratoire est une entreprise qui n'est pas sans danger.

Il y a plus de startups qui échouent qu'il y en a qui réussissent. Donc, pour le moment, cette annonce de Drexel doit être prise avec le proverbial grain de sel. Mais si la promesse du laboratoire Drexel devient réalité, ce serait la fin des véhicules à essence.

Source : Gas2
Contribution : Naïma Hassert