La recharge en quelques minutes grâce à une nouvelle découverte

Les limites des batteries restent le plus grand obstacle au succès commercial des voitures électriques. De nouvelles recherches ont cependant révélé le potentiel des supercondensateurs, ce qui pourrait entraîner la venue de batteries de prochaine génération pouvant bientôt surmonter ces limites.

Si cette découverte décisive de nouvelle technologie de recharge ultra-rapide remplit sa promesse, l'industrie de l'automobile électrique est de plus en plus près de déclencher une  révolution,

Des recherches de l'Université de Surrey, de l'Augmented Optics et de l'Université de Bristol ont permis la découverte de matériaux d'une capacité potentielle entre 1 000 et 10 000 fois supérieure aux supercondensateurs existants, qui sont l'alternative habituelle aux piles conventionnelles.

Le résultat de leur découverte est très prometteur. La technologie pourrait alimenter les VÉ pour des distances similaires à celles des véhicules à essence, et se recharger dans le même temps qu'il faut pour faire le plein. Les VÉ sur le marché se rechargent présentement entre six à huit heures. 

Le projet a été lancé par le Dr Donald Highgate, dont les recherches précédentes sur les matériaux de lentilles de contact souples ont fourni une plate-forme pour le développement. Le Dr Highgate a fait équipe avec les chercheurs Dr Ian Hamerton et Dr Brendan Howlin pour rendre ces matériaux électriquement actifs.

Le test de conduction des matériaux de l'Université de Surrey a rapidement surpris: leur performance s'est améliorée avec le temps. Des rapports indépendants ont permis de vérifier les propriétés électriques et ont recommandé le développement de supercondensateurs à haute densité d'énergie.

« Nous ne parlons pas de quelque chose qui prendra 5, 10, 15 ou 20 ans à réaliser », a déclaré le PDG d'Augmented Optics, Jim Heathcote. « Nous pourrions potentiellement entrer dans les prototypes de périphériques d’ici quelques mois. »

Puissance du passé

Les batteries lithium-ion, commercialisées par Sony dès 1991, conduisent encore l'industrie des VÉ d'aujourd'hui, des constructeurs établis tels que Toyota à des joueurs émergents comme Tesla, qui a l'intention de commencer la production de batterie à sa nouvelle Gigafactory du Nevada en 2017.

Aucun d'entre eux ne peut contrôler leur dégradation dans le temps et leur résistance limitée à la chaleur. Les supercondensateurs offrent une solution. Alors que les batteries traditionnelles stockent de l'énergie grâce à une réaction chimique, les supercondensateurs le font à la surface d'un matériau, en soutenant des charges plus rapides et des cycles de vie plus longs.
 
Les supercondensateurs alimentent des autobus en Chine depuis qu’on en a ajouté un au moteur de la ligne numéro 11 de Shanghai en 2006. Ils pourraient rejoindre un marché de stockage d'énergie de haute puissance d'une valeur de 800 millions à 1 milliard de dollars qui, selon la société d'études de marché IDTechEx, devrait croître d'environ 240 millions à 2 milliards de dollars par an d'ici 2026.

Mais jusqu’à maintenant, ils n'étaient pas adaptés aux véhicules de passagers en raison des limites de la technologie. Ils peuvent stocker seulement 5% de l'énergie que les batteries au lithium-ion emmagasinent, ce qui signifie qu'ils ont besoin d'une recharge tous les deux à trois arrêts d'autobus. 

Les supercondensateurs ne pouvaient rivaliser avec les piles chimiques traditionnelles en raison de leur faible densité énergétique par kilogramme. La nouvelle technologie pourrait surmonter cette limitation. Les supercondensateurs n'auraient alors besoin que d'une recharge toutes les 20-30 arrêts, durant des pauses de quelques secondes seulement. 

Un autre avantage des supercondensateurs est leur performance sous de basses températures, une caractéristique particulièrement pertinente, car les fonctions changeantes des téléphones intelligents et des systèmes énergétiques créent des demandes de puissance tout aussi variables.

L'application initiale utilisera probablement les deux méthodes de l'énergie électrique en simultané. « Leur première utilisation se fera certainement en addition à une batterie au lithium-ion pour qu'une demie recharge se fasse rapidement », a déclaré le Dr Highgate. « Avec le temps, ils pourraient les prendre en charge complétement. »

Concurrence pour l'énergie

La découverte arrive à point, alors que la concurrence pour les énergies alternatives s’intensifie. Un étudiant en génie mécanique de l'Université du Sussex a remporté le prix Autocar-Courland Next Generation en novembre pour son design d'une batterie de graphène empilée, qui pourrait mener au développement de plus petites batteries dotées de capacités plus grandes et de temps de charge réduits.

Le même mois, une équipe de scientifiques de l'Université de la Floride centrale a conçu un prototype pour un supercondensateur qui peut charger un téléphone mobile en quelques secondes et le garder en vie pendant plus d'une semaine.

Mais ces innovations demeurent modestes si on les compare à cette découverte, qui pourrait générer des applications qui iront bien au-delà des voitures électriques. La technologie aura le pouvoir de recharger les téléphones et les ordinateurs portables en quelques secondes, si elle peut se traduire par des supercondensateurs à très haute densité d'énergie.

Le matériel n'a pas tendance à s'enflammer, une bonne nouvelle en ces temps ou certains téléphones explosent! L'aérospatiale, la production d'énergie, les dispositifs électroniques d'écran et les biocapteurs sont des exemples d'autres voies possibles d'adoption.

« C'est ce que tout le monde vise pour le moment », a déclaré Heathcote. « Nous ne savons pas ce que le résultat de notre travail va démontrer, mais nous savons que nous avons fait une avancée scientifique très importante. »

En faire une réalité 

Les chercheurs espèrent maintenant transférer le résultat de leur décourte dans un produit réel. Une fois que cela aura été testé de façon indépendante, Heathcote espère réunir l'argent pour construire une usine qui construira le premier supercondensateur au Royaume-Uni.

« Nous allons maintenant commencer à construire un prototype à grande échelle, que nous espérons dès le printemps », a t-il déclaré. « Nous recherchons activement des partenaires commerciaux pour offrir nos polymères et l'aide nécessaire pour construire ces dispositifs de stockage à très haute densité d'énergie. »

Le moteur à combustion interne continuera probablement à devancer la voiture électrique dans la première bataille de la densité énergétique. Mais cette nouvelle percée suggère que la guerre n'a pas encore été perdue.

Source : Techworld
Contribution : Peggy Bedard