Aujourd’hui nous allons nous intéresser aux alternatives aux batteries lithium-ion. En effet, le secteur de l'énergie renouvelable continue de croître, c'est pourquoi notre dépendance au lithium pourrait devenir un problème. Bien qu'il existe déjà une variété d'options de stockage d'énergie disponibles aujourd'hui, les autorités sont toujours en quête d’une nouvelle innovation. Et l'une des étoiles montantes possibles sont les batteries à base d'aluminium. Elles ne nécessitent pas de métaux rares, peuvent se charger plus rapidement et pourraient être plus facile à recycler. Il y a deux avancées majeures sur le sujet. Mais comment fonctionnent-elles ? Et peuvent-elles vraiment concurrencer les batteries lithium-ion ?
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00:00 Hello tout le monde et bienvenue sur la chaîne ATTEC.
00:09 Aujourd'hui, nous allons nous intéresser aux alternatives aux batteries lithium-ion.
00:13 En effet, le secteur de l'énergie renouvelable continue de croître et c'est pourquoi notre
00:18 dépendance au lithium pourrait devenir un problème.
00:21 Bien qu'il existe déjà une variété d'options de stockage d'énergie disponibles aujourd'hui,
00:27 les autorités sont toujours en quête d'une nouvelle innovation.
00:30 Et l'une des étoiles montantes possibles sont les batteries à base d'aluminium.
00:35 Elles ne nécessitent pas de matériaux rares, peuvent se charger plus rapidement et pourraient
00:40 être plus faciles à recycler.
00:42 Il y a deux avancées majeures sur le sujet.
00:45 Mais comment fonctionnent-elles ? Et peuvent-elles vraiment concurrencer les batteries lithium-ion
00:50 ? Voyons de plus près.
00:51 La demande croissante pour les batteries, que ce soit pour le stockage des énergies
00:58 renouvelables ou pour les véhicules électriques, nous oblige à développer diverses technologies
01:02 de stockage d'énergie.
01:04 Selon l'Agence internationale de l'énergie renouvelable, la production d'énergie renouvelable
01:09 seule représentera 85% de toute l'énergie produite dans le monde.
01:14 Le solaire et l'éolien représentent 22 et 36% de cette production respectivement.
01:22 Le problème est que ces sources d'énergie sont intermittentes et ont besoin de stockage
01:26 d'énergie pour révéler leur plein potentiel.
01:29 Plus de 90% du marché de stockage de batteries de réseau mondial est actuellement représenté
01:35 par les batteries lithium-ion.
01:36 Et pour cause, les avantages des batteries lithium-ion comprennent l'efficacité de
01:42 la conversion, la densité et de puissance élevée, la faible autodécharge et la bonne
01:48 durée de service.
01:49 Cela en fait une technologie privilégiée pour de nombreux cas d'utilisation.
01:53 Cependant, ce n'est pas tout rose pour les batteries lithium-ion.
01:57 Elles ont un coût relativement élevé, des problèmes d'inflammabilité si elles ne
02:01 sont pas gérées correctement et l'extraction de lithium n'est pas vraiment écologique.
02:06 Le recyclage a également été un problème, mais cela est résolu par un certain nombre
02:11 de sociétés de recyclage de premier plan, comme Redwood Materials, Lifecycle et RecyclerCo.
02:17 Pour répondre à ces problématiques, des technologies en ce sens émergent chaque semaine.
02:22 Pourtant, l'une d'entre elles semble se démarquer, les batteries en aluminium.
02:27 Elles sont particulièrement intéressantes en raison de la simplicité et de la disponibilité
02:32 des matières bon marché, combinées à des performances incroyables.
02:36 Alors en quoi consistent les batteries en aluminium ?
02:39 Pour comprendre, rappelons rapidement le fonctionnement d'une batterie.
02:43 Les composants clés d'une batterie sont les électrodes positives et négatives,
02:48 qui sont la cathode et l'anode.
02:50 Entre les électrodes se trouve un séparateur, fait d'une membrane avec un électrolyte,
02:55 pour aider à transporter les ions d'un côté à l'autre des électrodes.
02:59 Ainsi, les électrons se déplaçant entre ces électrodes vers l'électrolyte,
03:04 font charger et décharger la batterie.
03:06 Les batteries à ion aluminium sont conceptuellement très similaires aux batteries lithium-ion.
03:11 Mais il y a une différence claire entre les deux qui donne à l'aluminium l'avantage.
03:16 Il peut échanger jusqu'à 3 électrons par ion, tandis que le lithium ne peut en échanger qu'un.
03:22 Ce nombre plus élevé d'électrons par ion signifie une capacité volumétrique théorique
03:28 environ 4 fois supérieure à celle du lithium.
03:30 Et une capacité gravimétrique de 2980 mAh par gramme,
03:36 qui est proche du métal lithium à 3860 mAh par gramme.
03:40 En plus de cela, l'ion aluminium est plus sûr, potentiellement moins cher,
03:45 et n'a pas les mêmes problèmes de mobilité que le lithium.
03:48 Au-delà de la théorie, l'Université de Queensland a publié ses recherches
03:52 sur une batterie à ion d'aluminium et de graphène en 2021.
03:57 Leur technologie a été commercialisée via un contrat exclusif avec la société australienne
04:02 Graphene Manufacturing Group, ou GMG.
04:05 Ainsi, cette technologie utilise de l'aluminium et du graphène,
04:08 plutôt que du graphite traditionnel.
04:11 GMG utilise une technique de plasma pour fabriquer des couches de graphène.
04:15 Elles sont si finement coulées que l'atome de chlorure d'aluminium qu'ils utilisent
04:19 ne peut pas se glisser entre les atomes de carbone.
04:23 Toutes ces structures et des atomes d'aluminium densément empilés
04:26 font que la batterie à base de graphène et d'aluminium
04:29 atteint un taux de charge jusqu'à 70 fois plus rapide que les cellules à ion de lithium.
04:34 Cependant, il reste encore beaucoup de développement et de recherche à faire
04:38 avant qu'ils puissent remplacer complètement les batteries lithium-ion.
04:42 En effet, il y a plusieurs problématiques à résoudre pour qu'elles deviennent un concurrent sérieux.
04:47 Leurs cellules ont une densité de puissance égale à environ 150 E/kW,
04:52 mais c'est faible en comparaison des batteries lithium-ion avec près de 250 à 300 E/kW.
04:58 Néanmoins, les performances des batteries à ion d'aluminium ont récemment évolué
05:02 avec une amélioration de ces chiffres, notamment jusqu'à atteindre 300 E/kW.
05:08 En outre, l'aluminium est un métal beaucoup plus abondant dans l'environnement que le lithium.
05:13 En fait, c'est l'élément métallique le plus abondant dans la croûte terrestre
05:17 et le troisième élément le plus abondant dans l'ensemble,
05:20 derrière l'oxygène et le silicium.
05:23 Cela signifie que les batteries à base de graphène et d'aluminium
05:26 ne rencontreront pas le problème de la rareté, comme les métaux rares et les batteries lithium-ion.
05:32 De plus, comparé au lithium, l'aluminium est plus sûr et plus recyclable.
05:36 C'est déjà l'un des métaux les plus recyclés au monde.
05:39 Il y a un immense potentiel pour devenir un produit à faible émission,
05:43 permettant au secteur du stockage d'énergie de devenir plus écologique.
05:48 Les premiers appareils alimentés par batteries à base de graphène ont été produits en juin 2022.
05:54 Face au potentiel énorme de cette technologie,
05:56 GMG prévoit de développer une usine pour la production
05:59 et développer une commercialisation de masse avec des batteries pour de petits appareils.
06:05 En sus, ils ont un véritable avantage concurrentiel en raison du prix de production, qui est beaucoup plus bas.
06:11 En comparant les prix des métaux, le lithium coûte environ 13 000 $ par tonne,
06:15 tandis que l'aluminium coûte environ 2 780 $ par tonne.
06:20 Cela leur permettrait d'augmenter leurs marges tout en faisant baisser le prix de la batterie aux consommateurs.
06:26 Une seconde innovation en termes de batteries pourrait venir révolutionner ce secteur.
06:31 À l'aide de recherches du MIT, ils ont développé un autre type de batterie aluminium soufre avec un fort potentiel.
06:37 Et ce qui est vraiment intéressant, c'est que la vitesse de charge s'améliore à mesure que la batterie chauffe.
06:43 Elle peut se charger 25 fois plus vite, à environ 110 °C.
06:48 Elle est également non inflammable, ce qui réduit le risque d'incendie.
06:52 Il est prévu que cet appareil puisse être utilisé pour des applications de stockage stationnaire à petite échelle,
06:58 automobile et jusqu'à la liaison des maisons et des entreprises.
07:02 En ce qui concerne les coûts, le MIT prévoit que sa batterie aluminium soufre coûtera seulement 9 $ par kWh,
07:09 soit environ 12 à 16 % des coûts de cellules de batterie lithium-ion d'aujourd'hui.
07:15 Bien sûr, cela doit encore sortir du laboratoire,
07:17 mais il n'est pas risqué de supposer que le coût moins élevé des matières aura un impact important sur le coût de production final.
07:26 Bien que les batteries de GMG et du MIT soient prometteuses,
07:29 elles partagent des défis similaires dans l'application pratique et la commercialisation.
07:34 Le plus important d'entre eux est la réaction de l'aluminium à l'intérieur de la batterie,
07:38 qui peut former des dendrites d'aluminium et subir de la corrosion,
07:42 ce qui aurait pour conséquence de diminuer l'efficacité et la sécurité.
07:47 Cette corrosion doit être prise en compte pour faciliter les applications pratiques des ions d'aluminium.
07:53 Car elle peut causer une consommation irréversible de l'anome d'aluminium,
07:56 ce qui réduit la densité d'énergie et la durée de vie.
08:00 L'utilisation d'inhibiteurs de corrosion tels que l'oxyde de zinc et le développement d'alliages avec le magnésium,
08:07 le zinc, l'étain, l'indium et le gallium, semblent réduire le taux de corrosion.
08:13 Maintenant, d'un point de vue économique, la demande pour les batteries à ion d'aluminium
08:17 a le potentiel de dépasser les autres technologies de batteries à l'avenir.
08:21 Principalement en tant que remplacement potentiel pour les batteries à ion de lithium dans le secteur de la voiture électrique.
08:28 Le marché mondial des batteries à ion d'aluminium avait une valeur d'environ 4 milliards de dollars en 2021.
08:34 Et en prenant en compte tous les avantages, les sources métalliques et l'utilisation généralisée,
08:38 le marché devrait atteindre 8 milliards en 2031.
08:43 Nous devons trouver des technologies de batteries plus performantes
08:46 qui peuvent fournir une densité d'énergie accrue, une meilleure durée de vie,
08:50 une sécurité et un coût moins élevé pour nous éloigner des combustibles fossiles
08:54 et débloquer le potentiel de notre avenir tout électrique.
08:59 Les batteries de la société GMG sont un pas important vers l'industrialisation.
09:03 Mais elles sont encore en cours de développement.
09:06 Il ne s'agit pas de remplacer une technologie par une autre,
09:08 mais plutôt de diversifier le nombre d'options à notre disposition.
09:12 Qu'en pensez-vous ?
09:13 Pensez-vous que ces batteries en aluminium ont une chance ?
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