5 matériaux qui changent la donne pour un stockage efficace de l'énergie

Description

Découvrez cinq matériaux révolutionnaires qui transforment la façon dont nous stockons l'énergie. Nous expliquons ici les avantages et les inconvénients de chaque matériau en termes simples, avec les commentaires d'un expert en chimie et en ingénierie.

Le graphène

Le graphène est une forme de carbone célèbre pour sa couche extrêmement fine d'un seul atome et sa grande conductivité. Le graphène est prometteur en tant que matériau de stockage de l'énergie, car il peut améliorer les performances des batteries et des condensateurs. Sa conductivité électrique permet le déplacement rapide des charges, ce qui peut accélérer la décharge et la charge. Le graphène est également très résistant et flexible, et il peut être utilisé pour fabriquer des dispositifs de stockage d'énergie à la fois durables et légers. La recherche continue de montrer que l'inclusion du graphène dans les dispositifs de stockage d'énergie peut créer des dispositifs ayant une durée de vie plus longue et pouvant fonctionner dans des conditions plus extrêmes.

Batteries au lithium-soufre

Les batteries lithium-soufre (Li-S) sont devenues un concurrent de taille face aux architectures lithium-ion traditionnelles. La raison de cet engouement est qu'elles ont la possibilité de contenir plus d'énergie et d'être plus légères. L'une des caractéristiques importantes des batteries Li-S est qu'elles utilisent le soufre comme matériau pour la cathode, et que le soufre est peu coûteux et abondant. Malgré tous ces avantages, les batteries lithium-soufre présentent également des inconvénients, comme la formation de sous-produits indésirables qui tendent à dégrader leurs performances au fil du temps. Les scientifiques s'efforcent de surmonter ces obstacles en améliorant la chimie et la conception de ces batteries. Une fois perfectionnées, les batteries Li-S seront capables d'alimenter plus efficacement tous les appareils, des appareils mobiles aux véhicules électriques.

Électrolytes solides

Les électrolytes solides vont révolutionner le stockage de l'énergie en remplaçant l'électrolyte liquide des batteries classiques. Avec un matériau solide, les batteries sont plus sûres car il y a beaucoup moins de risques de fuites et d'incendies. Les batteries à électrolyte solide promettent également une durée de vie plus longue et une meilleure densité énergétique. Le défi des électrolytes solides est de trouver des matériaux qui permettent aux ions de se déplacer à travers eux aussi facilement que dans les liquides. Les chercheurs explorent plusieurs céramiques et polymères pour déterminer les plus viables. Au fur et à mesure que les matériaux s'améliorent, les électrolytes solides permettront de stocker l'énergie de manière plus sûre, plus fiable et moins coûteuse.

Matériaux à changement de phase

Les matériaux à changement de phase (MCP) constituent une autre nouvelle technique de stockage de l'énergie. Les MCP stockent l'énergie sous forme de chaleur, sur la base du phénomène de fusion et de congélation. Un MCP absorbe beaucoup d'énergie lorsqu'il fond et la restitue lorsqu'il gèle. Cela les rend très appropriés pour des utilisations telles que le contrôle thermique des bâtiments et le contrôle électronique de la température. L'un des avantages des MCP est qu'ils peuvent fonctionner dans une large gamme de températures et stocker de l'énergie sans systèmes compliqués. L'intégration des MCP dans les systèmes énergétiques de tous les jours nécessite une ingénierie minutieuse pour permettre aux changements de phase de la température de se produire de manière fiable et contrôlée.

Piles métal-air

Les batteries métal-air représentent l'un des développements les plus viables dans le domaine du stockage de l'énergie. Ces batteries utilisent l'oxygène de l'air comme l'un des réactifs, ce qui peut réduire considérablement leur poids et leur coût. Les batteries métal-air peuvent avoir des densités d'énergie élevées avec des métaux comme le zinc ou l'aluminium en tant qu'anode. L'oxygène étant une ressource abondante, ces batteries sont non seulement rentables, mais aussi respectueuses de l'environnement. Malgré ces avantages, les batteries métal-air en sont encore au stade de la recherche en raison de difficultés telles que la formation de sous-produits au cours de la réaction et le maintien de performances stables sur de nombreux cycles. Les ingénieurs sont toutefois optimistes et pensent que les recherches en cours se traduiront par des batteries métal-air pratiques et performantes dans un avenir assez proche. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Questions fréquemment posées

F : Pourquoi le graphène est-il un bon matériau pour le stockage de l'énergie ?

Q : Le graphène est conducteur, solide et souple, ce qui pourrait permettre d'accélérer le chargement et de rendre les dispositifs de stockage d'énergie plus résistants.

F : En quoi les électrolytes solides rendent-ils les batteries plus sûres ?

Q : Ils éliminent le risque de fuite de liquide et réduisent le risque d'incendie en utilisant des matériaux solides au lieu de liquides inflammables.

F : Pourquoi les piles métal-air sont-elles plus écologiques ?

Q : Les piles métal-air utilisent l'oxygène de l'air comme réactif, ce qui réduit le besoin de matériaux toxiques ou lourds et diminue potentiellement l'impact sur l'environnement.