Un matériau qui a donné un bleu vibrant aux pauses moussantes de la célèbre estampe japonaise La Grande Vague au large de Kanagawa et a inculqué la même couleur aux œuvres de Picasso et Monet est utilisé aujourd’hui pour une tâche entièrement différente mais tout aussi créative: garder U avide d’énergie.S. centres de données en cours d’exécution.
Le bleu de Prusse, le pigment développé par un fabricant de couleurs berlinois au début du 18ème siècle, est un composant clé des batteries fabriquées avec du sodium plutôt que du lithium, destinées à des industries autres que les véhicules électriques.
» Il a été utilisé comme pigment, comme colorant et est un produit de consommation depuis des siècles », explique Colin Wessells, directeur général de Natron Energy Inc., à Santa Clara, Californie., le fabricant de batteries derrière la technologie. « Il s’avère également excellent pour stocker les ions sodium », explique-t-il, ce qui donne une batterie à haute puissance et à longue durée de vie.
Les batteries lithium-ion sont devenues omniprésentes au cours des trois dernières décennies, utilisées dans les smartphones et les véhicules électriques — y compris les automobiles de Tesla et Volkswagen, ainsi que les bus de BYD — et pour stocker l’énergie renouvelable des centrales solaires ou éoliennes. Malgré tout, ils ne sont pas la meilleure option pour toutes les applications potentielles, car ils donnent la priorité à la densité énergétique, ce qui aide les voitures à voyager plus loin, à la longévité ou à la stabilité. Cela laisse de la place aux technologies alternatives pour répondre à une partie de la demande croissante de batteries dans le monde.
» Le lithium-ion n’est pas une solution unique ”, explique Mitalee Gupta, analyste principale du stockage d’énergie à Boston pour Wood Mackenzie. « Différentes technologies commencent à faire leur chemin et commenceront à gagner des parts de marché.”
Les alternatives au lithium-ion utilisant des matériaux tels que le zinc, le vanadium ou le sodium se révèlent bien adaptées à de nombreuses tâches, en particulier le stockage stationnaire utilisé par les services publics pour capter l’énergie renouvelable et fournir de l’électricité aux consommateurs quelques heures plus tard ou pour alimenter des tours de télécommunications et des sites industriels éloignés tels que les mines. Le secteur est sur le point de connaître une croissance fulgurante, avec des installations annuelles qui devraient passer de 6 gigawattheures l’an dernier à environ 155 gigawattheures en 2030, selon les données de BloombergNEF, le principal service de recherche de Bloomberg LP sur la transition énergétique.
Natron, sorti de l’Université de Stanford en 2012, a levé environ 70 millions de dollars auprès d’investisseurs, notamment le géant pétrolier et gazier Chevron Corp. et a remporté ce mois-ci 19 millions de dollars de financement du Département de l’Énergie. Il cible les ventes de batteries pour les systèmes d’alimentation de secours qui maintiennent les centres de données en ligne en cas de panne et commencera les livraisons ce trimestre aux clients des fournisseurs de services de télécommunications et d’Internet, explique Wessells, qui a refusé de nommer les clients. La start-up teste également le déploiement de la technologie dans la recharge de véhicules électriques sur un site de démonstration à l’Université de Californie à San Diego.
La poudre bleue de Prusse, produite en combinant du sel de fer et du sel d’hexacyanoferrate – qui, dans les premières recettes datant des années 1720, impliquait l’allumage et l’ébullition de mélanges de sang de bétail séché et de produits chimiques — offre aux producteurs de batteries des avantages clés. Il est bon marché et largement disponible, et ses propriétés sont bien comprises. Plus important encore, sa structure chimique est idéale pour les électrodes de batterie, les composants qui stockent et libèrent de l’énergie. Toutes les électrodes agissent comme des éponges, dit Wessells, absorbant les ions puis les libérant lorsqu’elles sont chargées et déchargées. Le bleu de Prusse, cependant, permet aux ions de passer d’avant en arrière plus facilement que les autres matériaux. Cette qualité rend ses électrodes beaucoup plus durables que les électrodes à base de carbone et de métal des batteries lithium-ion, qui se désagrègent avec le temps.
La batterie sodium-ion à faible coût se recharge rapidement, souvent en quelques minutes, et peut rapidement fournir de courtes rafales d’énergie. C’est un ensemble de forces différent de celui des batteries lithium-ion, prisées pour leur capacité à entasser de grandes quantités d’énergie dans de petits volumes. ”Notre technologie n’est pas appropriée pour les véhicules électriques, pour les avions électriques, pour l’électronique grand public », explique Wessells.
Il y a aussi un avantage de coût à utiliser des matières premières plus abondantes et moins chères. Natron vend des systèmes de batteries aux clients des centres de données à un prix similaire aux packs plomb-acide existants et aux produits lithium-ion, mais il affirme que sa technologie finit par être trois fois moins chère à long terme en raison de la durée de vie de la batterie.
« Le sodium est le sixième élément le plus abondant sur Terre, il est essentiellement illimité et durable. Vous le récoltez — vous ne le minez pas tellement ”, explique James Quinn, PDG de Faradion Ltd., un développeur de batteries sodium-ion à Sheffield, en Angleterre, qui a récemment conclu des accords pour approvisionner le marché australien du stockage d’énergie résidentiel et pour produire des batteries pour véhicules utilitaires en Inde.
Dans les produits lithium-ion, les combinaisons de métaux coûteux tels que le nickel et le cobalt signifient que les matières premières peuvent représenter environ 60% du coût total de la cellule de batterie, selon BNEF. La chaîne d’approvisionnement trouble de Cobalt continue également de déstabiliser certains utilisateurs finaux. Pourtant, les prix des packs lithium-ion ont chuté de près de 90% depuis 2010, à mesure que les volumes de fabrication ont augmenté et que la technologie a progressé. Même si les concurrents les évincent de certains marchés, ils resteront la technologie de batterie dominante.
Mais au fur et à mesure que les batteries sont ajoutées à une gamme de produits — potentiellement même à l’intérieur des vêtements pour alimenter les systèmes de refroidissement — l’accélération de la demande stimulera le besoin d’une gamme plus large de types de batteries, utilisant une suite de matières premières, explique Venkat Viswanathan, professeur agrégé de génie mécanique à Carnegie Mellon. « Finalement, chaque appareil avec lequel vous interagissez aura probablement une batterie à l’intérieur », dit-il. « Et une fois que vous aurez atteint cette échelle, vous aurez besoin d’une grande variété de cellules. »- Avec Akshat Rathi
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