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Batterie métal-air : 800 km d'autonomie pour les voitures électriques ?

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Sus à la panne d'énergie ! Avec des batteries métal-air, une entreprise américaine prédit une densité énergétique onze fois supérieure à celle de la technologie lithium-ion pour un prix trois fois moindre. Emoustillé, le département américain de l'énergie lui a attribué 5,13 millions de dollars.

Batterie lithium-ion embarquée au sein de la Toyota Prius. (cc) thelastminute

Elle est partout ! On la trouve dans nos téléphones portables, nos caméscopes, appareils photo, ordinateurs portables ou bien encore nos voitures hybrides. Il est difficile d'échapper à la technologie lithium-ion. Depuis qu'elle a supplanté les piles et batteries basées sur le nickel et leur forte perte d'efficacité, cette nouvelle forme d'accumulateur électrochimique basée sur le lithium n'a eu de cesse de s'améliorer pour dominer le marché jusqu'à aujourd'hui. Avec son rendement frôlant les 100% (rapport entre l'énergie chargée et celle rendue à la décharge) et un rapport énergie/volume de 200 à 400 Wh par litre, les accumulateurs au lithium ont de beaux jours devant eux. Ce n'est pas le marché florissant de la voiture électrique qui contredira la chose.

(Cliquer pour agrandir.) Le lithium, le nouvel or noir de ce début du XXIème siècle, est activement recherché. La plus grande des mines actuelles se trouve en Bolivie. © Robin Hammond

Tout n'est pas rose pour cette précieuse forme de stockage qui présente de nombreux inconvénients. Il suffit de survoler l'actualité récente des iPhone explosifs pour comprendre que cette technologie n'est pas sans risques. De plus, pour l'automobile, elle semble atteindre ses limites, avec des autonomies maximales annoncées de l'ordre de 200 kilomètres. Cette barrière énergétique cantonne les quatre-roues électriques au statut de citadines, ce malgré des progrès majeurs dans la vitesse de recharge des batteries suscitées.

Stocker toujours plus

La bataille des générateurs et accumulateurs électrochimiques pourrait bien reprendre. La firme Fluidic Energy compte sur le développement des batteries dites métal-air. Peu répandue, cette forme de génération d'énergie se différencie par l'utilisation d'un élément omniprésent dans l'atmosphère, l'oxygène. Le principe exploite l'énergie dégagée par l'oxydation d'un métal tel que le zinc. Le résultat du procédé a de quoi faire rougir la concurrence avec un rapport énergie/volume de 1.480 à 9.780 Wh par litre. Cette caractéristique record s'accompagne d'avantages en matière de sécurité, ici il n'est pas question d'une matière dangereuse volatile ou d'une explosion potentielle. Seul bémol, le zinc devait jusqu'ici être remplacé. La batterie devient alors une pile...

(Cliquer pour agrandir.) Schéma type d'un accumulateur zinc-air. © Evonyx Inc.

Plus concrètement les piles métal-air comportent une anode en zinc reposant dans un liquide électrolytique à base d'eau. L'air joue le rôle de la cathode et, lorsqu'il entre en contact avec la solution aqueuse, produit des ions hydroxyles. Ensuite, les hydroxyles oxydent le zinc, la réaction libère alors des électrons. Au-delà du problème de recharge évoqué plus tôt, se pose ici le problème de l'évaporation de l'électrolyte liquide en contact avec l'air. Aussi les chercheurs de la compagnie américaine espèrent-ils mettre au point un accumulateur métal-air, comportant des liquides ioniques non-volatiles.

29 ans plus tôt...

En 1980, des chercheurs de l'U.S. Air Force Academy avaient obtenu des résultats surprenants avec des solutions particulières, les liquides ioniques. En milieu ambiant, ces liquides ne s'évaporent pas. Plus intéressant, les substances obtenues présentent des points de congélation et d'ébullition plus bas que ceux de l'eau. Par ailleurs, s'ils présentent visuellement des similitudes avec l'eau, leur viscosité trahit leur différence. Les recherches de Fluidic Energy s'inscrivent dans la lignée de celles menées par l'armée américaine. Depuis plusieurs années, ses chercheurs basés dans l'Arizona ont pu expérimenter de nombreuses solutions. Un problème clé les empêche d'évoluer vers un accumulateur, la formation de dendrites (cristaux) due à l'inversion du processus pendant la recharge. Ce développement cristallin tentaculaire réduit considérablement le nombre de cycles de charge possibles pour un accumulateur.

Ainsi, Cody Friesen, professeur en sciences des matériaux et fondateur de Fluidic Energy, annonce fièrement un progrès majeur dans la lutte contre ces dendrites. Cette avancée se présente sous la forme d'une électrode poreuse dont les pores atteignent jusqu'à 10 nanomètres de diamètre. Cette couche protectrice englobe le métal et limite la formation des fameuses dendrites durant la recharge.

A terme, Friesen estime que les véhicules électriques pourront atteindre les 650 à 800 kilomètres d'autonomie par charge. Le fameux Paris-Marseille devient enfin envisageable.

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