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La découverte de l'électricité a changé le monde et a donné naissance à une série d'inventions qui ont rendu la vie des gens plus sûre, plus saine, plus efficace et plus confortable. Les batteries font passer cette découverte à un niveau supérieur, en offrant un moyen de stocker l'électricité et de l'utiliser pour alimenter des appareils mobiles.

Actuellement, les batteries lithium-ion dominent le marché, mais des batteries à semi-conducteurs plus sûres et de plus grande capacité pourraient devenir la source d’énergie mondiale à l’avenir et pourraient même aider l’humanité à échapper aux effets du changement climatique.

Cellules de batterie à semi-conducteurs développées comme matériaux CeraCharge de nouvelle génération. Source de l'image : site officiel de TDK

Commencez avec une petite batterie

Actuellement, une poignée de petites piles à semi-conducteurs sont utilisées dans certaines montres et implants médicaux.

Le fabricant d'électronique japonais TDK a annoncé avoir développé avec succès une nouvelle version de la batterie à semi-conducteurs CeraCharge. Sa densité énergétique unitaire volumique atteint 1 000 wattheures par litre, soit environ 100 fois la densité énergétique des batteries à semi-conducteurs traditionnelles de TDK. TDK n'a pas révélé beaucoup de détails sur la technologie exclusive de la batterie, mais a déclaré qu'elle utilise une anode en alliage de lithium et un électrolyte solide à base d'oxyde, ce qui la rend « extrêmement sûre ».

Les capacités de stockage d'énergie de la nouvelle version des batteries CeraCharge indiquent qu'une durée de vie plus longue des batteries ou des conceptions plus compactes deviendront bientôt une réalité. De plus, la batterie devrait constituer une alternative rechargeable aux piles bouton jetables à haute densité énergétique.

TDK prévoit initialement d'appliquer la batterie à de petits produits électroniques tels que des écouteurs sans fil, des aides auditives et des montres intelligentes, et a également exprimé son désir de pénétrer des marchés plus larges tels que les smartphones.

"À mesure que la superficie de la batterie augmente, il devient de plus en plus difficile de fabriquer une structure uniforme et à haute densité, ce qui peut entraîner des défauts structurels tels que des fissures et des déformations", a déclaré Hiroshi Sato, chef de section du département de développement énergétique de TDK. "TDK prévoit de le faire. commencez par de petites batteries, accumulez de l’expérience en matière de production et de pratique, puis explorez progressivement le potentiel de commercialisation des grandes batteries.

Progresser progressivement vers l’industrialisation

Actuellement, malgré des progrès significatifs en termes de rentabilité et de performances des batteries lithium-ion, les limitations du temps de charge, l'anxiété liée à l'autonomie et les problèmes de sécurité restent des obstacles majeurs qui empêchent les véhicules électriques de remplacer complètement les véhicules à moteur à combustion interne. Dans ce contexte, les batteries à semi-conducteurs, outil puissant d’innovation technologique des véhicules électriques, passent progressivement du stade de recherche et développement à celui d’industrialisation.

En 2023, Toyota s’est associée à la société énergétique japonaise Idemitsu Kosan et a annoncé qu’elle lancerait la production de batteries à semi-conducteurs de 2027 à 2028.

Mercedes-Benz est également optimiste quant aux batteries à semi-conducteurs. La société estime que les batteries de voiture à semi-conducteurs peuvent offrir une autonomie près de deux fois supérieure à celle des batteries lithium-ion, et elle prévoit de mettre ces batteries en production de masse d’ici 2030.

Récemment, PowerCo, une société de batteries appartenant à Volkswagen, a conclu une coopération stratégique avec QuantumScape, un développeur américain de batteries entièrement solides, pour introduire la technologie des batteries au lithium métal à semi-conducteurs, dans le but de produire des batteries capables de répondre aux besoins de jusqu'à 1 million de véhicules électriques chaque année.

La technologie unique de QuantumScape combine des électrolytes solides et liquides, évitant ainsi efficacement les problèmes de dendrites et devrait augmenter l'autonomie de croisière des véhicules électriques de plus de 500 kilomètres actuellement à 800 kilomètres, ce qui favorisera davantage la commercialisation de la technologie des batteries à semi-conducteurs.

Stockage d'énergie sur le réseau électrique

Actuellement, les batteries lithium-ion constituent le cœur des systèmes de stockage d’énergie par batterie, mais les batteries à semi-conducteurs sont considérées comme une solution potentiellement meilleure en raison de leur excellente sécurité, de leur durée de vie plus longue et de leur densité énergétique plus élevée. Cependant, l’application à grande échelle des batteries à semi-conducteurs doit encore surmonter les coûts de fabrication élevés et les processus complexes des batteries de grande taille.

Dragonfly Energy est l'une des entreprises qui tentent de résoudre ce problème. En 2023, l’entreprise a obtenu un brevet de technologie de fabrication qui devrait éliminer les obstacles techniques à la fabrication de batteries à semi-conducteurs dans le domaine du stockage d’énergie sur réseau. Dans le même temps, le fabricant américain de batteries ION Storage Systems a lancé une nouvelle usine en avril de cette année, se concentrant sur la production de batteries à semi-conducteurs utilisant des électrolytes céramiques et des anodes au lithium métal pour répondre aux besoins du stockage sur réseau, des véhicules électriques et d'autres domaines. L’objectif est d’augmenter la capacité de production à 0,5 GWh d’ici 2028.

Des formes matérielles diversifiées

Même s’il faudra peut-être encore plusieurs années avant que les véhicules électriques équipés de batteries à semi-conducteurs soient disponibles dans le commerce à grande échelle, et même s’il faudra peut-être encore plus de temps pour contribuer à la construction de réseaux électriques propres, les progrès constants de cette technologie, de la tour d’ivoire de la recherche à l’industrialisation, sont problématiques. encourageant.

En janvier de cette année, des chercheurs de l'Université Harvard aux États-Unis ont lancé une batterie à semi-conducteurs contenant du silicium dans l'anode et pouvant être chargée en 10 minutes. Fin juillet, des chercheurs danois ont annoncé avoir développé une batterie à l'état solide sans lithium, fabriquée à partir de minéraux présents dans les roches. Le matériau électrolytique à l'état solide est bon marché, efficace, respectueux de l'environnement et plus performant que le lithium solide. électrolytes.

Tant que la vague d'innovation continuera à déferler, le monde futur connaîtra une technologie de batteries à semi-conducteurs sous des formes de matériaux diversifiées, donnant aux véhicules électriques une « vitalité » plus durable et un trajet plus long. Cela aidera également le réseau électrique à atteindre une propreté sans précédent. et la stabilité, ouvrant la voie à une nouvelle ère d’énergie plus verte et plus efficace. (Journaliste Zhang Jiaxin)