La Batterie Rechargeable Oubliée de Thomas Edison Retrouve une Seconde Vie

États-Unis - Agence de presse Ekhbary

La Batterie Rechargeable Oubliée de Thomas Edison Retrouve une Seconde Vie

Dans une avancée qui pourrait réécrire l'histoire du stockage d'électricité, une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) a développé avec succès un prototype de batterie nickel-fer qui s'inspire des principes pionniers établis par le célèbre inventeur Thomas Edison. Alors que la vision originale d'Edison pour cette technologie au début du 20e siècle visait à alimenter les automobiles électriques, les chercheurs actuels estiment que ses concepts fondamentaux sont beaucoup mieux adaptés aux applications de stockage d'énergie renouvelable, telles que les installations solaires et éoliennes.

L'étude, publiée récemment dans la revue scientifique 'Small', détaille un prototype de batterie innovant capable de se recharger en quelques secondes et de supporter plus de 12 000 cycles de charge-décharge. Cette durabilité remarquable équivaut à environ 30 ans d'utilisation quotidienne intensive, suggérant une durée de vie exceptionnellement longue pour cette technologie réinventée. Cette percée reflète une compréhension plus approfondie de la manière d'exploiter les principes chimiques à l'échelle nanométrique pour obtenir des performances supérieures.

Le concept de puissance électrique rechargeable n'était pas entièrement nouveau à l'époque d'Edison. En 1900, les voitures électriques hybrides étaient plus nombreuses que les véhicules à essence sur les routes américaines. En 1901, Edison a déposé un brevet pour sa batterie automobile au plomb-acide, qui aurait pu changer radicalement le cours du 20e siècle. Cependant, les batteries d'Edison ont rencontré des obstacles importants, notamment des coûts élevés et une autonomie limitée à seulement 30 miles, finissant par perdre la bataille face au moteur à combustion interne avant qu'Edison ne puisse réaliser pleinement sa vision d'une batterie nickel-fer performante.

Aujourd'hui, l'énergie renouvelable est devenue une pierre angulaire du mix énergétique mondial, après plus d'un siècle d'innovations continues et face à la prise de conscience croissante des graves conséquences des combustibles fossiles. Alors que la plupart des gens connaissent aujourd'hui les batteries lithium-ion rechargeables, le concept de nickel-fer d'Edison n'a pas complètement disparu. Les ingénieurs de l'UCLA reconnaissent que si cette technologie n'est peut-être pas directement adaptée aux applications de transport, elle présente une promesse considérable pour une utilisation dans les infrastructures énergétiques, comme les parcs solaires et les installations de stockage d'énergie à grande échelle.

Le Dr Maher El-Kady, co-auteur de l'étude, explique que les principes sous-jacents de cette technologie, bien qu'ils reposent sur des liaisons au niveau atomique et une ingénierie nanométrique, sont étonnamment faciles à comprendre. "Les gens pensent souvent que les outils de nanotechnologie modernes sont compliqués et high-tech, mais notre approche est étonnamment simple et directe", a-t-il déclaré dans un récent profil de l'UCLA.

L'équipe d'El-Kady s'est inspirée de deux sources principales : la chimie fondamentale et l'anatomie squelettique. La formation des os des vertébrés et des coquilles, par exemple, implique l'utilisation de protéines spécifiques comme cadre pour construire des composés à base de calcium. "La déposition de minéraux de la bonne manière construit des os solides, mais suffisamment flexibles pour ne pas être cassants. La manière dont c'est fait est presque aussi importante que le matériau utilisé, et les protéines guident leur placement", explique le Dr Ric Kaner, scientifique des matériaux et co-auteur de l'étude.

El-Kady et Kaner ont exploré la possibilité d'adapter ce système biologique en remplaçant le calcium par du nickel et du fer. Pour le composant protéique, ils ont utilisé des sous-produits du traitement du bœuf, en les imprégnant d'oxyde de graphène, une feuille de carbone et d'oxygène d'une épaisseur d'un seul atome. Finalement, ils ont réussi à cultiver une structure protéique repliée, remplie d'atomes de nickel chargés positivement et d'atomes de fer chargés négativement. Ces structures, d'une largeur inférieure à cinq nanomètres, nécessiteraient 10 000 à 20 000 amas pour atteindre la largeur d'un cheveu humain.

Les atomes d'oxygène de l'oxyde de graphène agissent généralement comme des isolants, ce qui pourrait entraver l'efficacité de la batterie. Cependant, l'équipe a trouvé une solution. En plaçant leur création dans de l'eau surchauffée, des températures élevées ont transformé les protéines en carbone tout en éliminant tout l'oxygène. Simultanément, ces amas métalliques ont été davantage intégrés dans les structures. Le résultat fut un aérogel composé de près de 99 % d'air en volume. À partir de là, la dynamique surprenante de la surface entre en jeu.

"Lorsque nous passons de particules plus grosses à ces nanoclusters extrêmement petits, la surface devient considérablement plus élevée. C'est un avantage énorme pour les batteries", a expliqué El-Kady. "Lorsque les particules sont si petites, presque chaque atome peut participer à la réaction. Ainsi, la charge et la décharge se font beaucoup plus rapidement, on peut stocker plus de charge, et toute la batterie fonctionne plus efficacement."

Bien que la batterie aérogel nickel-fer d'El-Kady ne dispose actuellement pas de la capacité de stockage des alternatives lithium-ion, la rendant impropre aux véhicules électriques, sa signification va au-delà d'une simple curiosité chimique. La charge rapide, la longévité et le rendement élevé de la batterie suggèrent un fort potentiel pour les applications dans les parcs solaires. Elle pourrait stocker efficacement l'excès d'électricité produit pendant la journée et le restituer au réseau la nuit. De plus, elle pourrait servir de source d'alimentation de secours essentielle pour les centres de données gourmands en énergie.

Bien que la renaissance des batteries nickel-fer d'Edison en soit encore à ses débuts, la science et l'expertise technique sont bien établies. De manière cruciale, cette technologie évite complètement la dépendance aux métaux rares caractéristique des batteries lithium-ion.

"Nous mélangeons simplement des ingrédients courants, appliquons des étapes de chauffage douces et utilisons des matières premières largement disponibles", a conclu El-Kady. Ces déclarations ouvrent la voie à un avenir prometteur pour le stockage de l'énergie, où les innovations inspirées du passé jouent un rôle essentiel dans la résolution des défis actuels et futurs.

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