Une batterie sans cobalt pour une énergie plus propre et plus verte
Un remplacement du cobalt dans les batteries qui permet d'éviter ses impacts environnementaux et sociaux
Les piles rechargeables fiables et de grande capacité sont un élément essentiel de nombreux appareils et même de modes de transport. Elles jouent un rôle clé dans la transition vers un monde plus vert. Une grande variété d'éléments sont utilisés dans leur production, notamment le cobalt, dont la production contribue à certains problèmes environnementaux, économiques et sociaux. Pour la première fois, une équipe comprenant des chercheurs de l'université de Tokyo présente une alternative viable au cobalt qui, à certains égards, peut surpasser la chimie des batteries de pointe. Elle survit également à un grand nombre de cycles de recharge, et la théorie sous-jacente peut être appliquée à d'autres problèmes.
Il y a de fortes chances que vous lisiez cet article sur un ordinateur portable ou un smartphone, et si ce n'est pas le cas, vous possédez probablement au moins l'un de ces appareils. Dans ces deux appareils, et dans bien d'autres, vous trouverez une batterie lithium-ion (LIB). Depuis des décennies, les batteries lithium-ion sont le moyen standard d'alimenter les appareils électroniques et les machines portables ou mobiles. À l'heure où le monde se détourne des combustibles fossiles, elles sont considérées comme une étape importante pour l'utilisation des voitures électriques et des batteries domestiques pour ceux qui disposent de panneaux solaires. Mais tout comme les batteries ont une extrémité positive et une extrémité négative, les LIB ont des points négatifs par rapport à leurs points positifs.
Tout d'abord, bien qu'elles fassent partie des sources d'énergie portables les plus denses qui soient, de nombreuses personnes souhaiteraient que les piles à lithium aient une plus grande densité énergétique afin qu'elles durent plus longtemps ou qu'elles alimentent des machines encore plus exigeantes. De même, elles peuvent survivre à un grand nombre de cycles de recharge, mais elles se dégradent également avec le temps ; il serait préférable pour tout le monde que les piles puissent survivre à un plus grand nombre de cycles de recharge et conserver leurs capacités plus longtemps. Mais le problème le plus alarmant des piles à lithium-ion actuelles réside peut-être dans l'un des éléments utilisés pour leur construction.
Le cobalt est largement utilisé pour un élément clé des piles à lithium-ion, les électrodes. Toutes les batteries fonctionnent de la même manière : Deux électrodes, l'une positive et l'autre négative, favorisent le flux d'ions lithium entre elles dans ce que l'on appelle l'électrolyte lorsqu'elles sont connectées à un circuit externe. Le cobalt est toutefois un élément rare, si rare en fait qu'il n'existe actuellement qu'une seule source principale : une série de mines situées en République démocratique du Congo. De nombreux problèmes ont été signalés au fil des ans concernant les conséquences environnementales de ces mines, ainsi que les conditions de travail, y compris le recours au travail des enfants. Du point de vue de l'approvisionnement, la source de cobalt pose également problème en raison de l'instabilité politique et économique de la région.
"Il y a de nombreuses raisons pour lesquelles nous voulons abandonner l'utilisation du cobalt afin d'améliorer les batteries lithium-ion", a déclaré le professeur Atsuo Yamada du département d'ingénierie des systèmes chimiques. "Pour nous, le défi est d'ordre technique, mais son impact peut être environnemental, économique, social et technologique. Nous sommes heureux de présenter une nouvelle alternative au cobalt en utilisant une nouvelle combinaison d'éléments dans les électrodes, notamment le lithium, le nickel, le manganèse, le silicium et l'oxygène - tous des éléments beaucoup plus courants et moins problématiques à produire et à travailler".
Les nouvelles électrodes et l'électrolyte créés par Yamada et son équipe sont non seulement dépourvus de cobalt, mais ils améliorent également la chimie actuelle des batteries à certains égards. La densité énergétique de la nouvelle LIB est supérieure d'environ 60 %, ce qui pourrait se traduire par une durée de vie plus longue, et elle peut délivrer 4,4 volts, contre 3,2 à 3,7 volts pour les LIB typiques. Mais l'une des réalisations technologiques les plus surprenantes a été l'amélioration des caractéristiques de recharge. Les batteries d'essai dotées de la nouvelle chimie ont été capables de se charger et de se décharger complètement pendant plus de 1 000 cycles (simulant trois années d'utilisation et de charge complètes), tout en ne perdant qu'environ 20 % de leur capacité de stockage.
"Nous sommes ravis des résultats obtenus jusqu'à présent, mais le chemin parcouru n'a pas été sans difficultés. Nous avons dû lutter pour supprimer diverses réactions indésirables qui se produisaient dans les premières versions de nos nouvelles chimies de batteries et qui auraient pu réduire considérablement la longévité des batteries", a déclaré M. Yamada. "Et nous avons encore du chemin à parcourir, car il reste des réactions mineures à atténuer afin d'améliorer encore la sécurité et la longévité. À l'heure actuelle, nous sommes convaincus que cette recherche permettra d'améliorer les piles pour de nombreuses applications, mais certaines d'entre elles, qui nécessitent une durabilité et une durée de vie extrêmes, pourraient ne pas être satisfaites pour l'instant."
Bien que Yamada et son équipe aient exploré les applications des piles à lithium-ion, les concepts qui sous-tendent leur récent développement peuvent être appliqués à d'autres processus et dispositifs électrochimiques, notamment à d'autres types de piles, à la séparation de l'eau (pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène), à la fusion du minerai, à l'électrodéposition et à bien d'autres choses encore.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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