Trois nouveaux matériaux extraits de l’eau de mer sont au cœur de cette avancée technologique. © IBM

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IBM crée une batterie sans métaux lourds

ActualitéClassé sous :informatique , batterie à flux redox , électrolyte liquide

Dépourvue de nickel et de cobalt, la batterie rechargeable conçue par IBM Research serait plus efficace que les batteries lithium-ion dans de nombreux domaines. Et c'est bien pour l'environnement.

Une équipe de chercheurs d'IBM Research vient d'annoncer une avancée prometteuse dans le domaine des batteries rechargeables. Ils ont mis au point des accumulateurs utilisant de nouveaux matériaux pour la cathode et l'électrolyte afin d'éliminer l'utilisation des métaux lourds et offrir des batteries plus performantes et plus sûres.

Les accumulateurs lithium-ion utilisent de nombreux matériaux qui posent problème sur le plan écologique mais également humanitaire, comme le cobalt extrait en Afrique dans des conditions douteuses. Pour éviter ce problème, les chercheurs ont combiné trois nouveaux matériaux extraits de l'eau de mer. Ils ont ainsi pu créer une nouvelle cathode sans nickel ni cobalt, combinée à un nouvel électrolyte avec un point d'éclair (la température d'inflammabilité) élevé.

Un système de spectroscopie d'impédance électrochimique mesure la quantité de gaz qui s'est dégagée d'une batterie pendant les cycles de charge et de décharge. © IBM

Une batterie plus petite, plus écologique et plus sûre

IBM ne détaille pas les matériaux utilisés, et l'accumulateur n'en est encore qu'au stade expérimental, mais la firme annonce de nombreux avantages par rapport aux accumulateurs lithium-ion classiques, à commencer par le coût de fabrication largement réduit. De plus, l'association de la cathode et l'électrolyte évite la formation de dendrites de l'anode en lithium, réduisant le risque d'incendie.

Cette nouvelle batterie pourrait révolutionner les voitures électriques, grâce à un temps de recharge extrêmement rapide. Comptez seulement cinq minutes pour atteindre 80 % de charge. Elle est aussi très compacte, avec une densité d'énergie (la capacité de stockage) de plus de 800 Wh/L et une densité de puissance (la capacité de fournir une puissance élevée) qui dépasse 10.000 W/L, ce qui permet d'alimenter des appareils gourmands avec une batterie plus petite. Enfin, son efficacité énergétique dépasse les 90 %, signifiant qu'elle restitue l'énergie emmagasinée avec très peu de perte.

Pour en savoir plus

Une batterie liquide qui pourrait refroidir votre processeur tout en l'alimentant

Une équipe de chercheurs d'IBM Research et de l'École polytechnique fédérale de Zurich a mis au point une batterie à flux redox miniaturisée qui a le double avantage de pouvoir alimenter un processeur tout en le refroidissant. Une avancée qui pourrait ouvrir la voie à des puces électroniques encore plus performantes, et aussi servir pour des systèmes laser ou des cellules photovoltaïques à stockage intégré.

Publié le 21/03/2017 par Marc Zaffagni

En informatique, la gestion de la chaleur a une incidence directe sur les performances des processeurs. Une situation on ne peut mieux illustrée par les centres de données (datacenter) où des centaines de serveurs dégagent des quantités importantes de chaleur et nécessitent des dispositifs de refroidissement complexes et onéreux.

Mais il se pourrait qu'un jour ce problème ne soit plus d'actualité. En effet, des chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Zurich et d'IBM Research ont mis au point une microbatterie à flux redox qui peut à la fois produire de l'électricité pour alimenter un processeur tout en le refroidissant grâce à ses électrolytes liquides.

Dans leur article scientifique publié par la revue Royal Society of Chemistry, les chercheurs expliquent que leur microbatterie mesure à peine 1,5 millimètre d'épaisseur. Dans les batteries à flux redox, l'électricité est produite par une réaction électrochimique. Deux électrolytes liquides sont chargés avec des ions métalliques qui traversent deux électrodes prises dans un feutre poreux. Ces dernières sont isolées l'une de l'autre par une membrane qui laisse circuler les protons, de sorte qu'elles vont capter le courant et produire l'énergie. L'alimentation des électrolytes est assurée par deux circuits fermés externes qui pompent le liquide dans la batterie.

Une vue agrandie de la structure du canal de circulation en polymère fabriqué par impression 3D. C’est lui qui guide l’écoulement des électrolytes liquides à travers les électrodes poreuses. © Marschewski et al. Energy and Environmental Science 2017

La microbatterie produit 1,4 watt par centimètre carré

L'une des innovations de l'équipe IBM/ETH Zurich est d'avoir créé par impression 3D un système de micro canal en forme de coing qui optimise la circulation de l'électrolyte liquide à travers l'électrode poreuse. Le prototype de microbatterie développé par les chercheurs délivre 1,4 watt par centimètre carré. En retranchant l'énergie nécessaire aux circuits de pompage des électrolytes, la densité reste d'un watt par centimètre carré.

Grâce à la finesse du dispositif, les chercheurs envisagent de pouvoir monter des processeurs en chaine les uns sur les autres en intercalant entre eux des microbatteries pour les alimenter et les refroidir. Pour autant, l'électricité ainsi produite est encore insuffisante pour pouvoir alimenter le processeur d'un ordinateur.

Mais les scientifiques comptent sur cette preuve de concept pour inciter des partenaires industriels à les aider à optimiser cette microbatterie. Selon eux, cette innovation pourrait servir d'autres applications au-delà de l'informatique. Par exemple pour des systèmes laser qui nécessitent une alimentation et un refroidissement ou bien pour des cellules photovoltaïques qui pourraient stocker directement l'énergie produite en vue d'une utilisation ultérieure tout en étant maintenue à une température optimale à leur fonctionnement.

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