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Un supercondensateur qui fait concurrence aux batteries

Un supercondensateur doté d’une densité de stockage de l’électricité supérieure à des batteries a été mis au point par des chercheurs de l’Université centrale de Floride (UCF).

Le supercondensateur mince et flexible développé à l’Université de Floride bénéficie d’une forte densité d’énergie et de puissance. Crédit: Université centrale de Floride centrale

Les chercheurs de l’UCF ont utilisé des feuilles de quelques atomes d’épaisseur (ou « 2D ») de sulfure de tungstène (WS2), un métal de transition, pour recouvrir en plusieurs couches, comme des feuilles enroulées autour d’un axe, des fils nanométriques (« 1D ») conducteurs. Tandis que le nano-fil facilite le transfert rapide des électrons, les couches de WS2 ont la fonction de stocker les électrons à leur surface. Le nombre important de couches enroulées permet d’obtenir une surface totale importante à même de stocker beaucoup d’électrons autour du fil. Le nombre total de ces nanostructures détermine ensuite la capacité de stockage globale du dispositif. Si le principe était connu depuis plusieurs années, aucune équipe n’était parvenue jusqu’ici à trouver un procédé chimique simple pour réaliser facilement cette intégration des feuilles sur les nanofils conducteurs.  

Les supercondensateurs se distinguent des batteries par le fait qu’ils stockent les électrons sous l’effet d’un champ électrostatique à la surface du matériau adéquat, alors que les batteries classiques font intervenir des réactions électrochimiques. Cette propriété permet aux supercondensateurs de se recharger ou de se décharger beaucoup plus rapidement qu’une batterie, et leur offre, par ailleurs, une durée de vie (nombre de cycles sans dégradation des propriétés) beaucoup plus importante : dans les batteries, les électrodes se dégradent à force de répétition des réactions chimiques. En revanche, les supercondensateurs disposent généralement d’une très faible densité de stockage car les électrons ne sont stockés qu’à la surface, c’est pourquoi ils ne sont pas utilisés aujourd’hui dans nos smartphones et autres appareils mobiles.

Le supercondensateur mis au point par l’équipe aurait, en revanche, une densité de stockage bien supérieure, soit 3 200 mAh par gramme contre seulement 300 mAh pour les batteries classiques et une durée de vie supérieure à 30 000 cycles, contre 1500 pour les batteries. La technologie n’est pas prête à la commercialisation, précise l’équipe, mais la preuve de concept de leur « recette » de fabrication est faite et fera l’objet de brevets visant à atteindre des contraintes de production industrielle. 

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Dessulfatation de batterie, c’est quoi ça?

Désulfatation (Equalization)

La fonction de désulfatage est disponible seulement avec les chargeurs plus sophistiqués tels les Optimate. Lorsqu’une batterie aux plombs (flooded) est déchargée régulièrement, des dépôts de sulfate apparaissent sur ses plaques de plombs. Si ces dépôts ne sont pas dissous, ils finissent par se cristalliser et empêche la recharge de la batterie. C’est le vieillissement normal d’une batterie aux plombs.

La fonction de désulfatage permet d’améliorer les performances des batteries en les rajeunissant périodiquement.

Le désulfatage doit s’effectuer juste après la charge lente. Lorsque le contrôleur a terminé de charger la batterie, le désulfatage est amorcé et le voltage est élevé jusqu’à 15 et 16 Volts en appliquant un courant d’environ 4% de la capacité. Ce haut voltage permet de dissoudre les dépôts de sulfate accumulé au fil du temps et de faire bouillir l’acide. Durant cette phase de nettoyage, il est important de surveiller le niveau d’acide et de rajouter de l’eau distillée au besoin afin de maintenir les plaques de plombs immergées.

Les manufacturiers de contrôleur et chargeur recommandent de désulfater les batteries une fois par mois.

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Offre d’emploi : Technicien installateur d’équipements solaires

Description du poste

Nous recherchons une personne de talent pour combler un poste de Technicien installateur. Son rôle sera de faire l’installation d’équipements solaire sur des roulottes, chalets, sucreries, résidences etc. Il devra assurer également le service à la clientèle en magasin avec l’équipe en place.

Des avantages sociaux particulièrement intéressants sont offerts tels 3 semaines de vacances dès la première année, 4 journées mobiles annuelles, salaire avantageux selon l’expérience etc.

Débrouillardise, proactivité, organisation et grande dextérité sont des critères essentiels recherchés chez le candidat.

Le candidat doit obligatoirement avoir de bonnes connaissances en électricité et de grandes habiletés manuelles

Type d’emploi : Temps Plein, Permanent

Salaire : 18,00$ à 26,00$ /heure

Avantages :

  • Très belle oportunité de carrière
  • Oportunité d’actionnariat
  • Programme de participation aux bénéfices
  • Programme d’aide aux employés

Ce poste permanent est à combler très rapidement, fais parvenir ton CV à info@batteriesetcie.ca

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Et si les panneaux solaires produisaient de l’énergie même la nuit ?

La grande limite des panneaux solaires actuels est qu’ils ne peuvent produire de l’énergie qu’en journée. Le projet de cellules anti-solaires leur permettrait de fonctionner 24h/24.

solar-power-that-works-at-night-300x199Une étude parue fin janvier 2020, dans la revue ACS Photonics, présente une invention en ce sens. Ce sont des « cellules anti-solaires », c’est-à-dire des cellules photovoltaïques aptes à produire de l’énergie même durant la nuit. Le projet est décrit par ses auteurs comme un « un concept photovoltaïque alternatif qui utilise la Terre comme source de chaleur et le ciel nocturne comme dissipateur de chaleur ». Paradoxalement, c’est grâce au processus du refroidissement du panneau solaire que l’on pourrait générer de l’énergie.

Explications :

Les panneaux solaires absorbent la lumière du Soleil. Inversement, grâce à des « cellules anti-solaires », on pourrait capter la chaleur que le panneau émet vers le ciel nocturne. //
Ces panneaux exploitent le froid du ciel nocturne

Il faut comprendre les panneaux solaires comme un processus d’interactivité. Un objet chaud dans un environnement plus froid que lui émet sa chaleur sous forme de rayonnement infrarouge. Un objet froid va capter, absorber, le rayonnement puis la chaleur que lui envoie un objet plus chaud que lui. Un panneau solaire traditionnel obéit à cette mécanique. En étant plus froid que le Soleil, il va en capter la lumière, donc son rayonnement infrarouge, donc sa chaleur. Les cellules anti-solaires obéissent au processus inverse.

Quand la nuit tombe, le Soleil disparaît du ciel et le panneau solaire pointent alors vers l’Univers… un environnement froid. La mécanique d’interaction se renverse, car c’est le panneau qui devenu l’objet le plus chaud et qui émet un rayonnement infrarouge chaud, tandis que le ciel froid nocturne l’absorbe. L’idée des auteurs du projet est d’intégrer au panneau des « cellules thermoradiatives », les fameuses « cellules anti-solaires » : ce type de cellules peut capter le rayonnement thermique qui part d’un objet. L’idée est que, grâce à ces cellules anti-solaires, on récupère la chaleur qui quitte le panneau au fil de la nuit, afin de produire de l’énergie.

« Une cellule solaire ordinaire produit de l’énergie en absorbant la lumière du Soleil, ce qui fait apparaître une tension électrique aux bornes de l’appareil et permet au courant de passer. Dans ces nouveaux appareils, la lumière est à l’inverse émise et le courant, ainsi que la tension électrique, vont dans la direction opposée, mais vous générez tout de même de l’énergie », détaille l’ingénieur et principal auteur du projet Jeremy Munday, dans le communiqué.

Combien d’énergie pourrait-on produire de nuit avec un panneau solaire ?

Pour l’instant, d’après les calculs et les prototypes liés à ce projet, ces panneaux solaires inversés ne produiraient tout de même pas autant d’énergie qu’un panneau solaire classique en pleine journée. Mais la quantité ne serait pas pour autant négligeable : 50 watts par mètre carré dans les conditions idéales, soit 25 % de l’énergie produite en journée. Au total, le gain sur une journée complète serait autour de 12 %.

La question qui reste à étudier est celle de la construction effective de ce nouveau type de panneaux solaires. « On doit utiliser des matériaux différents, mais la physique est la même. » Et il ne faudrait plus vraiment appeler cela des « panneaux solaires », mais plutôt des « panneaux photovoltaïques ».

Que l’idée fonctionne en principe et que les prototypes soient prometteurs est déjà une bonne étape de franchie. À l’heure actuelle, un panneau solaire va produire de l’énergie en journée puis, de nuit, l’installation qui en dépend doit basculer sur une autre source à base d’énergie fossile. Un panneau solaire capable de fonctionner 24h/24 permettrait d’aller plus loin dans la transition énergétique.

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Les batteries lithium-ion existent en peinture…

Une nouvelle ère s’ouvre-t-elle pour les batteries lithium-ion ? Peut-être grâce à des chercheurs qui viennent de présenter des piles rechargeables peintes sur à peu près n’importe quelle surface. Le potentiel de cette invention sera gigantesque… lorsque certaines contraintes auront disparu.

Sans les batteries lithium-ion, nos téléphones et ordinateurs portables seraient bien plus volumineux, tout en ayant une autonomie diminuée. Ces sources d’énergie rechargeables ont évolué de manière importante ces dernières années, en capacités et en tailles.

Cependant, un élément n’a pas changé : leur forme. L’utilisation de batteries cylindriques ou rectangulaires impose d’importantes contraintes aux designers. De nombreuses études sont donc menées pour s’affranchir de cette dernière limitation. Pourquoi, par exemple, ne pas essayer de les transformer en revêtements, à l’image de ce qui se fait pour certaines cellules photovoltaïques ? Cette solution permettrait ainsi de construire de nouveaux appareils électroniques dépourvus de compartiment à piles.

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Durant les tests, des batteries Lithium-ion ont été « peintes » sur du verre (a), de l’acier (b), de la céramique (c). Les tuiles de céramique ont parfois été recouvertes en plus d’un panneau photovoltaïque permettant de recharger le dispositif (d). Neuf tuiles ont également été assemblées pour alimenter 40 Led (e). Des diodes électroluminescentes ont brillé grâce à une alimentation électrique déposée sur du plastique (f) ou sur un mug en céramique (g). Dans ces deux derniers cas, la forme du support n’était pas plane, ni même lisse. © Singh et al. 2012, Scientific Reports 

Une batterie lithium-ion se compose, d’une manière simplifiée, d’une série de couches prises en sandwich. Les cathodes et les anodes sont séparées par un électrolyte, contenant notamment des ions, et par une membrane qui leur est perméable. Le tout est coincé entre deux collecteurs de courant généralement composés d’aluminium (côté cathode) et de cuivre (côté anode). Les piles cylindriques sont formées d’un enroulement de ces couches autour d’un axe vertical.

Une équipe de chercheurs menée par Nellam Singh, de la Rice University aux États-Unis, est parvenue à rendre liquides les constituants de ces cinq couches. Ils ont ensuite fabriqué des batteries sur différentes surfaces en pulvérisant ces composants successivement l’un sur l’autre à l’aide d’un pistolet à peinture ! Leur invention, brevetée, est présentée dans la revue Scientific Reports.

Des batteries en peinture pour des maisons autonomes ?

Les essais ont été réalisés sur des tuiles de céramique, des plaques de verre ou des feuilles d’acier inoxydable. La première couche, le collecteur de courant de la cathode, se compose notamment de « hypo SWCNT », un matériau créé par la Rice University qui contient des nanotubes de carbone. Le deuxième revêtement, la cathode, est quant à lui fait de dioxyde de cobalt et de lithium (LiCoO2). Il a été recouvert par un mélange de polymères projeté dans de l’acétone. L’anode a ensuite été « peinte » grâce à une pulvérisation de dioxyde de titane et de lithium (Li4Ti5O12). Finalement, le tout a été recouvert de cuivre, le collecteur de courant de l’anode également utilisé dans une batterie classique. Toutes ces opérations ont été menées sur des matériaux maintenus à une température de 90 à 120 °C. Après leur fabrication, les batteries ont été « séchées » dans un environnement saturé en argon puis activées grâce à un bain dans une solution d’électrolyte.

Neuf tuiles de céramique « rechargeables » ont ensuite été montées en parallèle. L’une d’entre elles a en plus été recouverte d’un panneau photovoltaïque capable de fournir le courant à emmagasiner (capacité de stockage d’environ 0,65 Wh, soit 6 Wh par m2 de surface enduite). Ce dispositif a été utilisé pour faire briller 40 diodes électroluminescentes, indiquant le mot « rice », pendant 6 heures (à 40 mA) grâce à une tension de 2,4 V.

Cette invention a un potentiel considérable. Des maisons seront peut-être un jour totalement recouvertes de batteries sans que cela ne choque d’un point de vue esthétique. Alimentées par des panneaux solaires, ces batteries permettront alors à nos habitations de devenir énergétiquement autonomes. Cependant, de très nombreuses étapes restent à franchir avant d’en arriver là. Car le procédé de fabrication souffre de nombreuses faiblesses : les électrolytes liquides sont toxiques, inflammables et potentiellement corrosifs. De plus, la fabrication des cellules nécessite un environnement dépourvu d’oxygène (remplacé par l’argon) et d’humidité. L’équipe de Nellam Singh travaille maintenant pour s’affranchir de tous ces problèmes.