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Compétence
Quelle est la prochaine superbatterie? Le besoin en batteries de stockage pour les énergies renouvelables augmentera massivement à l’avenir. Pourrions-nous également concevoir des modèles qui impactent moins l’environnement et préservent mieux nos précieuses ressources que les batteries lithium-ion? La recherche se penche sur les variantes possibles. Texte: Rainer Klose, Empa
Les quantités croissantes d’électricité verte
grand qu’un ion lithium, les matériaux de la
la batterie serait endommagée. Les anodes
temporairement disponibles ne peuvent plus
cathode sont électrochimiquement moins
de phosphore posent un problème plus grave
être stockées dans les seules centrales de
stables. De plus, l’oxyde de sodium-cobalt
encore: lors de la charge, du phosphure de
pompage-turbinage, car le réseau électrique
peut supporter beaucoup moins de cycles de
sodium (Na3P7) se forme dans l’anode, ce qui,
surchargé ne le permet guère. Dans de nom-
charge. Il y a également des problèmes de
avec l’eau, produit du monophosphane, un
breuses régions du monde, ce type de cen-
l’autre côté de la batterie, avec le matériau
gaz extrêmement toxique qui provoque des
trales n’est de toute façon pas réalisable en
utilisé pour l’anode. Le graphite comme dans
arrêts respiratoires. Les phosphures métal-
raison du manque d’eau et de formations
la batterie lithium-ion ne peut pas s’utiliser
liques, utilisés comme raticide, ont le même
montagneuses appropriées. La demande de
dans les batteries au sodium car il stocke
effet. Personne ne voudrait avoir une telle
batteries stationnaires à faible coût va donc
trop peu d’ions sodium. Des expériences
batterie, entièrement chargée à l’énergie so-
augmenter fortement. Dans la mesure du
faites avec de l’étain, de l’antimoine ou du
laire, dans sa cave.
possible, elles doivent être fabriquées à partir
phosphore peu coûteux ont certes montré
de matériaux respectueux de l’environne-
de bons résultats dans le stockage des
Et le magnésium?
ment, afin de ne pas épuiser davantage les
charges électriques, mais lorsque l’anode est
Dans le tableau périodique des éléments
réserves mondiales de lithium, de cobalt et
chargée, elle gonfle jusqu’à avoir trois fois
chimiques, le magnésium suit le sodium. Il
d’autres métaux coûteux – ces substances
son volume initial. En cas de choc, le maté-
s’agit d’un petit atome léger qui peut transfé-
étant contenues dans les batteries lithium-
riau gonflé peut facilement se désintégrer et
rer deux électrons à la fois. Le magnésium est
ion. Kostiantyn Kravchyk et Maksym Kovalenko, chercheurs de l’Empa et de l’EPF de Zurich, ont examiné de plus près les alterna-
Batterie lithium-ion
Batterie aluminium graphite
tives possibles à la batterie lithium-ion. Ils ont étudié des dizaines de publications de AlCl 4-
mistry», entre autres.
Eviter le lithium – se tourner vers le sodium?
Li+
Li+
trouve du chlorure de sodium dans l’eau de mer et il est accessible partout dans le
Graphite
Oxyde de cobalt
Lorsque la batterie est déchargée, des ions de lithium sont libérés de l'anode en graphite, s'écoulent vers la cathode et sont incorporés dans le réseau cristallin d'oxyde de cobalt. Lors du chargement, le processus est inversé (principe du «rocking chair»).
monde. Mais c’est là son seul avantage. Comme un ion sodium est environ 50 % plus
En point de mire Magazine eco2friendly
AlCl 4-
Al2Cl7-
L’une des idées les plus simples serait de remplacer le lithium par du sodium. On
Anode
début de l’année dans le «New Journal of Che-
Cathode
riences. Leurs évaluations ont été publiées au
Anode
systématiquement mené leurs propres expé-
Cathode
groupes de recherche du monde entier et ont
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Aluminium
Graphite
Lors de la décharge, le chlorure d'aluminium (AlCl 4- ) est converti chimiquement (en Al 2Cl 7- ) à l'anode et est simultanément libéré du graphite à la cathode. Le processus est inversé lors de l'inculpation. Pour pouvoir recharger complètement la batterie, il faut disposer d'une quantité suffisante d'AlCl 4- . Il faut donc beaucoup de liquide électrolytique. C'est pourquoi les piles en aluminium sont près de cinq fois plus lourdes que les piles au lithium-ion.
