A quoi ressemblera la batterie EV du futur ?

"Gigafactories" pourrait un jour produire des millions de batteries de véhicules électriques au Royaume-Uni. Le gouvernement a déjà engagé le pays à une interdiction  de vendre de nouvelles voitures à essence et diesel d'ici 2030, il semble donc que les véhicules électriques (ou EV, comme ils sont souvent abrégé) sont susceptibles de remplacer une grande partie de la flotte actuelle.

Le constructeur automobile Nissan a promis de renforcer la production de véhicules électriques dans son usine de Sunderland dans le nord-est de l'Angleterre, tandis que son partenaire industriel est défini pour  construire une usine de batteries électriques à proximité. Pendant ce temps, dans le Cheshire, le propriétaire de Vauxhall, Stellantis, a annoncé qu'il investirait 100 millions de livres sterling (139 millions de dollars américains) dans la construction de fourgonnettes et de voitures électriques dans son  usine de port d'Ellesmere.

Que seront toutes ces batteries ressembler? La plupart des véhicules électriques utilisent aujourd'hui des batteries au lithium-ion, mais celles-ci ont un certain nombre de limites. Heureusement, les scientifiques et les ingénieurs explorent un certain nombre de moyens de surmonter ces défis qui pourraient aider à donner un coup de pouce à la conversion des voitures en électricité.

Les batteries lithium-ion ont été commercialisées pour la première fois par Sony en 1991 et sont devenus la batterie rechargeable la plus répandue dans les véhicules, tout comme dans les téléphones portables et les ordinateurs portables. Elles sont plus efficaces et ont une durée de vie plus longue – entre 15 et 20 ans, environ trois fois celle d'une batterie plomb-acide traditionnelle. Surtout, les batteries lithium-ion stockent plus d'énergie et sont également beaucoup plus légères, ce qui signifie qu'un véhicule équipé d'une batterie utilise moins d'énergie pour se déplacer.

Les batteries génèrent de l'énergie en déplaçant des particules chargées appelées ions d'avant en arrière entre deux électrodes. Lorsque la batterie est chargée, les ions lithium passent d'une électrode en composé d'oxyde métallique à une électrode en graphite. Lorsque la batterie est déchargée pour alimenter la voitureles ions lithium vont dans l'autre sens, faisant circuler des électrons dans le circuit électrique connecté.

L'avenir des batteries EV

Pour fabriquer du lithium -des batteries ioniques moins chères, des scientifiques de la Pennsylvania State University aux États-Unis étudient les batteries lithium fer phosphate, qui utilisent différents éléments d'électrode. Ce modèle de batterie est beaucoup moins cher et plus sûr que les batteries lithium nickel manganèse cobalt oxyde largement utilisées, et a le potentiel d'alimenter une voiture 250 miles  avec une charge aussi courte que dix minutes.

L'inquiétude suscitée par la plage que les véhicules électriques entièrement chargés peuvent couvrir incite également les constructeurs automobiles à développer des  batteries qui utilisent un composant solide qui sépare les électrodes, plutôt qu'un liquide. Celles-ci sont plus sûres et peuvent alimenter les véhicules électriques sur plus de 300 milles avec une seule charge.

Mais les batteries au lithium ont un problème. Le lithium est un  élément relativement rare  sur Terre par rapport à la plupart des minéraux d'usage courant. À mesure que la demande de batteries augmente, le prix du lithium  augmentera fortement. Cela a incité les géologues à rechercher de nouvelles sources de lithium dans le monde entier, souvent avec leurs propres coûts élevés. Par exemple, l'extraction du lithium des marais salants au Chili consomme beaucoup d'eau, qui y est  rare. Le cobalt est également rare par rapport à des métaux similaires comme le fer, et les minerais sont concentrés dans la  région politiquement instable du Congo en Afrique.

Une solution peut être d'utiliser davantage ce qui Nous avons déjà. Avec plus d'  un million de voitures électriques  vendues dans le monde en 2017, un nombre en augmentation rapide, les scientifiques étudient comment recycler le lithium à grande échelle. Certains se demandent si   des bactéries  pourraient les aider à y parvenir.

À l'avenir, il sera important de concevoir des batteries qui peuvent être facilement démontées, pour réutiliser les métaux qu'elles contiennent. Le lithium est également un métal très réactifprésentant des défis pour les personnes chargées de sa manipulation.

Il existe également des alternatives potentielles au lithium. Par exemple,  les batteries sodium-ion  suscitent l'intérêt des fabricants de véhicules électriques en raison de leur coût inférieur. Ils fonctionnent de la même manière que les batteries lithium-ion, mais le sodium est plus lourd et stocke moins d'énergie.

Un peu plus loin dans le futur, il y a les batteries multivalentes, où l'ion qui se déplace entre les électrodes a une charge plus élevée que le lithium et délivre ainsi plus d'un électron chacune. au circuit. Les scientifiques doivent surmonter des défis importants avec ces batteries, mais elles pourraient potentiellement fournir un stockage d'énergie encore plus élevé .

Construire suffisamment de voitures électriques à un prix qui les rendra moins chères que les alternatives à combustibles fossiles est un défi majeur. À la pointe de la recherche sur les batteries, les scientifiques s'efforcent de résoudre ce problème et de révolutionner notre façon de voyager.

Cet article de Simon Cotton, Senior Lecturer in Chemistry, University of Birmingham, et Peter Raymond SlaterProfessor of Materials Chemistry, University of Birmingham, est republié à partir de The Conversation  sous Creative Commons Licence. Lire l' article original.