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Des supercapacités « nanohybrides » avec une énergie spécifique de 20Wh/litre

Écrit par

Raymond Bonnaterre

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                      Les capacités mettent en oeuvre des accumulations de charges électriques à l’interface entre les deux électrodes et l’électrolyte sans qu’il y ait réaction électrochimique, c’est à dire sans transfert d’électron. Il est cependant possible de créer des systèmes hybrides où une électrode est celle d’un condensateur classique, en charbon actif par exemple, et l’autre électrode est à la base celle d’un accumulateur. Cependant, cette dernière est conçue de telle sorte qu’elle accepte de très forts courants par déploiement de très grandes surfaces (J=I/S). Si cette électrode met en oeuvre des matériaux nano particulaires permettant d’accéder à de grandes surfaces d’échange (S) permettant de réduire la densité de courant (J) pour un courant donné (I), on peut alors parler de systèmes « nanohybrides ». L’Université de Tokyo d’Agriculture et de Technologie (TUAT) revendique une technologie à base de titanate de lithium dispersé au sein de nanofibres de carbone qui devrait permettre de définir des supercapacités présentant une énergie spécifique de 20 Wh/litre, soit 6 à 7 fois plus élevée que les meilleures supercapacités du commerce (Ex. module FDK de 525F).Li4ti5o12carbonnanofiber

                          Ce produit  inclut de très fines particules de Li4Ti5O12 à l’intérieur et à l’extérieur de la nanofibre peut être chargé en Li7Ti5O12 ou déchargé en 12 secondes.

                           L’utilisation de nanomatériaux se prête bien à cette recherche d’augmentation des surfaces mises en jeu afin de réduire les densités de courant. Mais il ne faut cependant pas croire que ces produits très élaborés vont demain remplacer les batteries. Même à 20 Wh/litre on est encore loin des plus de 200 Wh/litre des accumulateurs de type Li-Ion pour batteries de véhicules. Les supercapacités sont à ce jour essentiellement utilisées comme organes de secours électrique de faible autonomie (freinage d’urgence, sauvegarde électronique) ou en tampon de grosses batteries d’énergie pour absorber les pointes de courants. Quand à la charge ultra rapide des véhicules électriques, il ne faut jamais oublier que pour charger 50 Ah en 5 minutes il faut arriver avec un courant de 600 Ampères. C’est le genre de chargeur sous 300 Volts qu’on ne trouve pas dans toutes les bonnes drogueries.

Le 13 Mars 2009.

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Commentaires

2 réponses à “Des supercapacités « nanohybrides » avec une énergie spécifique de 20Wh/litre”

  1. Avatar de el gringo
    el gringo

    Des batteries rechargeables en quelques secondes
    Une nouvelle avancée a été présentée dans le domaine des batteries au lithium. Un nouveau matériau mis au point par le MIT permet d’effectuer une recharge en à peine quelques secondes, contre plusieurs heures actuellement.
    Cette avancée technologique pourrait être appliquée aux véhicules électriques, estime l’équipe du professeur Ceder, même si cette solution serait limitée par la faible puissance dont disposent les particuliers. Ils imaginent qu’elle pourrait être mise sur le marché d’ici 2 à 3 ans.
    Les piles au lithium ont de très hautes densités d’énergie. La contrepartie est leur faible puissance. Leur processus de charge et décharge est donc lent.
    Pourquoi cette lenteur ? Traditionnellement, les scientifiques ont considéré que les ions de lithium, responsables avec les électrons du transport de charge dans la batterie, se déplacent simplement trop lentement à travers la matière.
    Mais il y a environ 5 ans, Le professeur Ceder et son équipe ont fait une découverte surprenante : les calculs réalisés sur une batterie au lithium à phosphate de fer ont mis en évidence que les ions de lithium se déplaçaient en réalité très rapidement. « Si le transport des ions de lithium se fait si vite, c’est qu’autre chose devait poser problème », explique Ceder.
    D’autres calculs ont montré que les ions lithium peuvent en effet se déplacer très rapidement à travers un matériau, mais seulement par le biais de tunnels accessibles à partir de sa surface. Si un ion de lithium à la surface se trouve directement en face de l’entrée d’un tunnel, il parcourt de façon efficace le tunnel. Mais si l’ion n’est pas directement en face, il se voit empêché d’atteindre l’entrée du tunnel, car il ne peut se déplacer pour la rejoindre.
    Les chercheurs ont trouvé le moyen de contourner le problème, en créant une nouvelle structure de surface, qui autorise les ions de lithium à se déplacer rapidement autour du matériau. Les chercheurs comparent cela à une rocade urbaine : quand un ion voyage le long de cette voie, il est immédiatement détourné à l’intérieur d’un tunnel quand il en rencontre un.
    Grâce à leur nouvelle technique de traitement, une pile peut ainsi être entièrement chargée ou déchargée en 10 à 20 secondes (contre 6 minutes pour une batterie équivalente non transformée).
    Ceder ajoute que, contrairement à d’autres batteries, ce matériau ne se dégrade pas autant lorsqu’il sont chargés et déchargés à maintes reprises.
    Grace à cette innovation, les batteries pourraient être plus petites et plus légères.
    « La capacité de charge et de décharge des batteries en quelques secondes plutôt qu’en une heure pourrait ouvrir de nouveaux champs d’application technologiques et induire des changements de mode de vie », conclut Ceder.
    Les résultats de leur recherche est publiée dans la revue Nature.
    http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7235/abs/nature07853.html
    La news sur la site du MIT.
    http://web.mit.edu/newsoffice/2009/battery-material-0311.html

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  2. Avatar de Raymond Bonnaterre
    Raymond Bonnaterre

    J’avais lu ce papier et je ne l’ai pas retenu parce que trop fumeux. C’est dans la tradition scientifique américaine de conceptualiser ce qui existe déjà, le breveter et racketter les industries européennes ou asiatiques pour contrefaçon. Le problème de la charge Ultra Rapide quel que soit le type de batterie c’est le calibre du chargeur et le diamètre des cables de cuivre et des connexions internes pour amener le courant au bon endroit. Si vous concevez une batterie pour charge Ultra Rapide vous allez être obligé de dimensionner les bornes et les arrivées de courant en conséquence, ce qui va alourdir et renchérir la batterie. Ce genre d’application a longuement été étudié pour des rames de type métro électrique qui se rechargerait en 30 secondes à chaque Station. Sur le papier ça marche, on peut faire des millions de micro cycles. Mais ce n’est pas l’application véhicule électrique pour lequel le problème est l’autonomie. Une charge de dépannage de 80% de la capacité en 30 minutes, c’est à dire au régime de 2C, est concevable sur presque toutes les batteries Li-ION.

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