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Des batteries à base de coronène : du berceau au berceau - Par : Hanen Hattab,

Des batteries à base de coronène : du berceau au berceau


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

coronène

Depuis 2014, les batteries lithium-ion rechargeables, utilisées notamment pour le stockage de l’électricité verte, sont supplantées par une nouvelle génération de batteries plus efficaces et plus écologiques fabriquées à partir de matériaux biosourcés. Dans cette mouvance, des chimistes de l’Université de l’état de l’Oregon ont découvert un composant chimique qui révolutionnera l’industrie des accumulateurs électriques. Avant de présenter leur étude, publiée dans les ACS Energy Letters du journal de la Société américaine de chimie, survolons brièvement les dernières technologies en matière de stockage d’énergie électrique.

Les batteries lithium Li-ion

Les batteries lithium Li-ion, créées par Sony Energitech en 1991, ont été les plus utilisées depuis la prolifération des objets électriques nomades. Elles offrent des avantages très importants pour le fonctionnement et l’autonomie des objets qu’elles alimentent :

  • Elles se rechargent rapidement et se déchargent lentement;
  • Elles ont une autodécharge très faible (10 %);
  • Elles peuvent être utilisées pour des applications de différentes échelles. Il y a des batteries lithium Li-ion aussi bien pour les tablettes et les téléphones portables que pour les véhicules électriques et les sondes spatiales.

Or, nonobstant sa légèreté et sa haute densité d’énergie (250-620 W·h/L), le lithium présente des inconvénients en ce qui a trait à son empreinte carbone, sa toxicité, son coût élevé et sa rareté, qui ont lancé la recherche de matériaux plus écologiques présentant moins de risques de toxicité et plus de possibilités de recyclage.

Les batteries Ryden : une solution écoresponsable pour l’industrie automobile

Les batteries Ryden, développées par la société américano-japonaise en démarrage Power Japan Plus et l’Université de Kyushu (Japon) en 2014, représentent aujourd’hui le moyen de stockage de l’électricité le plus efficace et le plus écoresponsable offert sur le marché. Contrairement aux batteries lithium Li-ion, elles sont 100 % écologiques, car elles n’utilisent pas de métaux rares ni de métaux lourds et sont faites à partir d’un matériau recyclable et moins cher à produire. En effet, ses anodes et ses cathodes sont à base de Carbone Complexe produit à partir du coton, de graines de café ou du bambou.

La technologie Ryden a été expérimentée par l’écurie japonaise Team Taisan. Cette dernière a développé des batteries qui ont alimenté en août 2014 un kart électrique. Ses essais ont validé les performances fonctionnelles des cellules « double carbone » Ryden qui, contrairement aux batteries lithium, ne surchauffent pas au cours de la course. Le pilote n’a donc plus à s’arrêter lorsqu’il atteint une vitesse ou une distance déterminée. En plus de sa légèreté, la batterie Ryden ne nécessite pas de système de refroidissement complexe et encombrant.

Par ailleurs comme le préconise le concept d’éthique environnementale Cradle to cradle (du berceau au berceau) de l’architecte américain William McDonough, un produit ou un service est réellement 100 % écologique lorsqu’il réutilise des matières générées par l’environnement matériel humain pour produire à nouveau le même produit ou un autre. La découverte des scientifiques de l’Université de l’état de l’Oregon (OSU) s’inscrit dans cette lignée conceptuelle puisqu’elle prévoit la captation des émissions nocives et leur emploi dans la fabrication des batteries. Les enjeux de la réutilisation des émissions nocives dans l’écosystème sont présentés dans le livre Cradle to Cradle: Remaking the Way We Make Things (2003) écrit par William McDonough et Michael Braungart.

Du coronène dans la composition chimique des batteries du futur

Un groupe de chercheurs (Ismael A. Rodríguez-Pérez, Zelang Jian, Pieter K. Waldenmaier, Joseph W. Palmisano, Raghu Subash Chandrabose, Xingfeng Wang, Michael M. Lerner, Rich G. Carter et Xiulei Ji) du Département de chimie de l’OSU a découvert qu’avec les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), on peut désormais fabriquer des batteries beaucoup moins chères et plus fiables. Les HAP sont des composés polluants qu’on peut trouver partout. En les recyclant, on produit des batteries plus résistantes et on décontamine l’environnement. Les HAP proviennent des combustions et se propagent dans les principaux compartiments de l’environnement à savoir l’eau, le sol et l’air. À cause de leur forte toxicité, ils ont été classés en 1976 par l’Agence de protection de l’environnement des États-Unis (EPA US Environmental Protection Agency) dans la liste des polluants prioritaires.

La batterie conçue par le groupe de l’OSU sera composée d’une anode en carbone et d’une cathode à base de HAP. Dans leur article « A Hydrocarbon Cathode for Dual-Ion Batteries », les chercheurs montrent un intérêt particulier pour un type de HAP nommé coronène. Sous une forme solide cristallisée sécuritaire, le coronène s’est avéré, après les tests, le composé HAP le plus performant parce qu’il possède une bonne capacité de stockage des ions tout en gardant une stabilité structurelle et chimique : des caractéristiques avantageuses pour les batteries de stockage de l’électricité photovoltaïque et éolienne. Même si vu sous cet angle, le graphite présente les mêmes atouts que le coronène, Xiulei Ji a montré qu’il est incompatible avec les électrolytes non aqueux employés pour assurer la conductivité électrique entre l’anode et la cathode. Le coronène ne présente pas ce problème et évite de fait le coût d’entretien et de maintenance du système d’une batterie stationnaire.

Des études sur la formation des nouvelles étoiles dans la nébuleuse de la Statue de la Liberté ont remarqué la présence de HAP et ont supposé que ceux-ci étaient aussi présents dans l’environnement stellaire à l’origine du Soleil. Des étoiles aux batteries, les HAP proviennent de l’énergie d’origine et y retournent ad infinitum ou du berceau au berceau!

 

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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