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Le colonel Brett Wilson a déménagé comme base pour devenir commandant du camp Smith à Oahu, mais avait été posté pendant la guerre entre le Golfe et l’Irak et avait mené un certain nombre de mesures de protection au Kosovo. Cependant, l’ennemi qu’il a rencontré à la base hawaïenne était complètement différent de ce qu’il avait vu sur le champ de bataille en tant que pilote d’hélicoptère des Marines. Il a dû faire face à l’infrastructure de vitalité associée à l’augmentation du vieillissement, qui est généralement capturée par le climat tropical.

L’usine de Crescent Dunes est une incroyable réussite pour le savoir-faire développé par les États-Unis, qui est le monde le plus important dans le stockage volumétrique de la vitalité lumineuse

«L’ensemble du réseau énergétique a eu lieu régulièrement et nous a fait quitter l’entreprise», explique Wilson, qui faisait à l’époque également partie du personnel responsable des efforts de conservation dans tout le Pacifique. “Tu ne peux vraiment pas l’avoir.”

Cependant, il y avait aussi un allié sous-utilisé dans la bataille qui s’opposait aux infrastructures dangereuses: la lumière du jour. Wilson a lancé une campagne de marketing pour installer des panneaux photoélectriques et des batteries industrielles qui pourraient soutenir des parties très importantes des opérations en cas de tempête. Cela l’a finalement aidé à se lancer dans une autre profession: promouvoir des batteries suffisamment grandes pour transférer l’énergie de votre maison au réseau.

La batterie se développe

Le marché des batteries a émergé il y a longtemps et devrait croître de 12% supplémentaires au cours des cinq prochaines années en réponse à Mordor Intelligence. D’ici 2025, le marché devrait atteindre 90 milliards de dollars. Au cours de la dernière décennie, des entreprises comme Tesla, Dyson et Daimler ont toutes investi des milliards de dollars dans l’entreprise, achetant de plus petites entreprises ou construisant de nouvelles usines. Si c’est une scène classique de chercheur avait été décrit pour le moment, la recommandation professionnelle d’un mot donnée au personnage de Dustin Hoffman ne serait pas «plastique», ce serait «batterie».

Batterie au lithium-ion
Batterie au lithium-ion

Qu’est-ce qui motive tous ces progrès? La valeur des batteries lithium-ion est en baisse, avec l’électronique privée et les voitures électriques qui les parcourent, et en plus de divers éléments, des propriétaires supplémentaires et des sociétés d’énergie tentent de vendre au détail le photovoltaïque et la vitalité du vent.

Parallèlement à ces progrès, il y a beaucoup de gaspillage. Malheureusement, la plupart des batteries finissent dans les décharges. Les frais de recyclage des piles au lithium-ion sont terribles: environ 5% aux États-Unis et dans l’Union européenne. Les chercheurs trouvent des moyens de rendre les batteries lithium-ion recyclables, mais même lorsque cela se produit, nous voulons toujours changer la façon dont les gens et les entreprises ne recyclent en aucune façon les batteries et les éliminer en les jetant à la poubelle.

En outre, certains consultants soutiennent que le lithium est disponible en disponibilité limitée, mais pour une discussion limitée. Son extraction et le cobalt (couramment utilisé dans l’électrode de construction d’une batterie lithium-ion) entraînent des coûts environnementaux et humains excessifs. De plus, la valeur du cobalt a considérablement augmenté sur plusieurs années.

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Tout cela demandait: existe-t-il des batteries moins chères et plus respectueuses de l’environnement sur le marché? Pouvons-nous utiliser quelque chose de plus grand? Qu’est-ce qui est maintenu à long terme?

Beaucoup de gens explorent les opportunités. Parce que plus de 300 000 brevets liés aux batteries ont été déposés pour les années 90 (plus de 30 000 en 2017 seulement). Bien qu’une grande partie de ces innovations soient liées à la technologie lithium-ion, des travaux sont en cours pour l’électrolyte à l’état solide, l’anode à base de silicium, le lithium air, le graphène et une variété d’alternatives, dont certaines sont respectueuses de l’environnement. et d’autres qui ne sont pas plus respectueux de l’environnement que le lithium-ion, mais probablement plus respectueux de l’environnement.

La plupart de ces nouveaux types de batteries, qui n’existent probablement pas, seront commercialisés aussi largement que le lithium-ion (au moins pour les deux prochaines longues périodes), ils serviront un marché d’intérêt vraiment énorme. En voici quelques-uns à la mode.

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Peu de temps après la retraite du colonel Wilson de la Marine, les directeurs du bureau photovoltaïque lui ont demandé de plonger dans des années de données de stockage vitales (la Marine est probablement l’un des plus gros clients de batteries au monde), de faire un voyage au CES à Las Vegas et d’explorer les batteries actuelles. Après le voyage, il a créé une grande feuille de calcul pour expliquer pourquoi il n’était pas satisfait des choix qu’il avait remarqués. Les meilleures batteries avaient toutes deux été trop chères pour le propriétaire moyen (30 000 $ et plus) ou n’avaient pas assez de puissance. Il a ensuite travaillé avec NeoVolta pour créer un ensemble de paires qui vaut généralement de très petits nombres à deux chiffres.

Les têtes chimiques respectueuses de l’environnement vous indiquent rapidement que le stockage de vitalité au phosphate de fer et de lithium n’est qu’un type de batterie lithium-ion, bien qu’il présente des avantages importants: il est moins cher, a une vitalité particulièrement dense, une durée de vie plus longue et n’a pas de cheminée si les surfaces internes se déchirent (ce qui peut arriver avec les batteries lithium-ion). Inconvénients? Il est particulièrement lourd (il est donc plus élevé s’il se trouve à nouveau sur le porche et jamais sur un téléphone portable), cependant, le boîtier contient du lithium et le chemin de recyclage n’est pas clair.

À ce titre, peu ont introduit des batteries lithium-fer-phosphate, ce qui permet de savoir à quel point leurs frais de recyclage sont bons. Certains chercheurs affirment qu’ils sont plus simples à décomposer en composants.

Lithium-soufre

Certains consultants s’appuient sur le stockage de vitalité lithium-soufre pour remplacer le lithium-ion, car les batteries sont généralement plus légères et très énergétiques. Le soufre peut également être abondant et moins cher.

Quelle est la différence entre les batteries lithium-ion et lithium-soufre? La professeure Linda Nazar, dont le laboratoire de l’Université de Waterloo au Canada étudie les batteries lithium-soufre depuis 10 ans, utilise l’analogie d’un parking pour expliquer les variations. Charger et décharger une batterie au lithium-ion, c’est comme conduire des voitures hors du parking, mais une batterie au lithium-soufre “déchire presque toute la structure de l’espace de stationnement, après quoi elle est reconstruite à chaque fois que vous chargez la cellule”.

La réponse chimique est similaire à ce qui se passe dans une batterie plomb-acide, où un changement structurel et chimique complet a lieu. Ces «batteries de conversion» ont leurs propres avantages et défis. “Leur avantage est la possibilité de vendre des électrons supplémentaires”, explique Nazar. Cependant, le soufre a une conductivité relativement faible et le nombre de batteries change après la décharge. Le personnel du laboratoire de l’Université de Waterloo ajuste les cellules de la batterie pour prolonger la durée de vie du cycle et optimiser la réponse de la batterie. Si quelques problèmes de batterie sont résolus, Nazar estime qu’ils seront utilisés dans les opérations aériennes en plus des drones. Quelques avions et UAV Zephyr qui ont réalisé de longs vols électriques ont tendance à dépendre de batteries au lithium-soufre.

ion sodium

Comme il semble, dans les artères coronaires, une telle composante périodique dangereuse est assez bonne pour les batteries. L’analyse des batteries aux ions sodium a commencé dans les années 1970, en même temps que le stockage vital des ions lithium. Ces 2 composantes sont les voisines de la table saisonnière. Ensuite, l’ion lithium a décollé et l’ion sodium a également été pensé pour être moins énergique aussi – a fonctionné pendant les trois prochaines longues périodes.

«Cela ressemble à l’un des meilleurs cycles de facteurs», explique Nazar, dont le laboratoire travaille également avec le stockage de vitalité à base de sodium. «Les batteries au sodium ionique vous permettent de travailler avec des composants qui sont abondants sur Terre – avec des électrodes de construction en fer, manganèse et titane, par exemple – des composants qui ont beaucoup moins de valeur. Cependant, le fonctionnement efficace de cette chimie est un problème car elle n’est tout simplement pas identique au lithium. “

Nazar note que certaines entreprises ne croient pas que le prix d’investissement dans des batteries au sodium ionique est dû au fait que le prix des batteries au lithium-ion baisse régulièrement.

«Je pense qu’il est probable que de nombreuses sources investiront dans des batteries aux ions sodium», dit-il. “S’il y a environ une seconde où les batteries aux ions sodium fonctionnent plutôt bien et ont une densité d’énergie élevée, cela peut être un énorme pas en avant.”

sucre

Imaginez ou non, vous pourriez utiliser une batterie avec du sucre comme un enfant qui saute sur un gâteau. Sony a dévoilé pour la première fois une analyse de la réaction qui oxyde la maltodextrine pour produire de la vitalité en 2007. Bien que la disponibilité et le respect de l’environnement des tissus de batterie au sucre soient considérablement plus élevés que ceux des batteries lithium-ion, la tension causée par leur réponse chimique est considérablement réduite. Donc, vous voudrez probablement continuer à nourrir les gâteries de crabe sur le terrain de Tesla.

Bien que l’idée unique soit apparue pour la première fois en 2007, il reste encore du jus dans l’idée de la batterie au sucre. En 2016, le Massachusetts Institute of Expertise Institute, dirigé par le professeur Michael Strano, a développé un outil appelé Thermopower Wave, qui est beaucoup plus respectueux de l’environnement que les incarnations précédentes des piles à sucre et rend l’énergie LED industrielle douce. Il s’agit d’une croissance excitante du fait que le sucre est très abondant, donc si nous sommes en mesure de définir une technique viable pour fabriquer ces batteries, nous sommes susceptibles d’étendre rapidement cette expertise. Malheureusement, la disponibilité de l’industrie est susceptible de disparaître dans plusieurs années.

rotation

La batterie de mouvement est de structure différente de la plupart des autres: en tant que substitut, emballez un ensemble de fournitures réactives dans une seule unité (comme le font les batteries ordinaires), les fluides réactifs des détaillants de batteries de mobilité dans des conteneurs séparés, puis pompez-les dans le système pour créer de la vitalité. Ils sont également énormes et conçus pour stocker la vitalité du réseau – pas les appareils électroniques et les objets qui pourraient tenir confortablement dans la paume de votre main.

La batterie de puissance unique, pesant apparemment 1 000 livres, a été inventée à la fin du 19e siècle pour transporter le dirigeable français intelligemment nommé «La France». La curiosité au sein du stockage de vitalité modulaire n’a cessé de croître et de s’affaiblir depuis.

«Je pense que ce qui mène réellement à une explosion et à la curiosité des batteries n’a pas grand-chose à voir avec la prochaine utilisation de la technologie par les batteries pour les téléphones ou les systèmes informatiques, bien que le stockage de vitalité à moyenne ou grande échelle», explique Timothy Cook Dinner, professeur de chimie à l’Université de Buffalo. Donc, mis à part le fait que vous construisez un téléphone portable steampunk, il est peu probable que vous utilisiez des batteries de mouvement activées par des pompes microscopiques. Malgré le fait que des maisons supplémentaires produisent de l’énergie solaire, le marché de la «vitalité personnelle» évolue.

Rendre les batteries lithium-ion très efficaces signifie augmenter les dimensions des batteries, tandis que la conception des batteries mobiles permet d’augmenter la vitalité en augmentant les dimensions des réservoirs de liquide. Les appareils électriques et énergétiques de San Diego ont récemment investi dans un appareil pouvant alimenter 1 000 foyers.

“Vous n’avez pas besoin de changer l’échelle du film [where the chemical reaction occurs], il vous suffit de déplacer une plus grande quantité de liquide à travers elle pendant longtemps et vous éliminez sa vitalité », explique Cook dîner. “Donc, agrandir ou réduire est beaucoup, beaucoup plus simple, ou vous pouvez principalement l’adapter à la configuration.”

Les batteries en rotation ont même de nombreux cycles de charge supplémentaires que la plupart des batteries. La flexibilité de changer des fluides ou de remplacer différents éléments modulaires signifie que la durée de vie possible de la batterie est en quelque sorte illimitée.

Malgré le fait que les entreprises promeuvent actuellement des batteries de taille industrielle, le dîner du professeur Cook ne repose pas sur une acceptation généralisée pendant encore 5 à 10 ans. Il imagine même un jour où les voitures électriques pourraient éventuellement utiliser la technologie. Un dîner de cuisine représente une voiture tirant autant qu’une «station-service» qui draine l’électrolyte usé, après quoi il est rempli de fraîchement chargé. En remplacement d’une demi-heure de démarrage prête à l’emploi, les roues pourraient à nouveau tourner en quelques minutes. En fait, cependant, cet avenir signifie une autoroute.

papier

La fabrication d’une batterie en papier présente de nombreux avantages: elle est maigre, polyvalente et, si elle est fabriquée avec les bonnes fournitures, biodégradable. Le personnel de l’Université de Stanford a développé les premières piles de papier en enduisant les feuilles glissantes d’encre au carbone et d’argent saturé. Récemment, les éco-chefs ont été enthousiasmés par les batteries développées au Binghamton College. Le professeur Seokheun «Sean» Choi en a fait plusieurs incarnations complètement différentes, ainsi que la puissance d’une broche – ou d’une salive extra scientifiquement humaine – et d’un autre micro-organisme. Développée par Cho et le professeur Omowunmi Sadik, la dernière incarnation du bioaccumulateur utilise l’acide poly (amine) et la poly (dianhydride pyromellitique-p-phénylènediamine) pour la biodégradabilité des sources de vie.

“Notre écran hybride de batterie de papier avait un rapport puissance / coût beaucoup plus élevé que toutes les batteries microbiennes à base de papier précédemment signalées”, a déclaré Choi lors de l’annonce de l’innovation. Bien que l’utilisation industrielle de ces piles de papier respectueuses de l’environnement soit limitée en raison de leur faible potentiel de puissance électrique (les LED peuvent être douces pendant environ 20 minutes), les chercheurs espèrent les voir utilisées dans l’électronique, les appareils Wi-Fi et les fonctions médicales telles que les stimulateurs cardiaques. , avion et véhicules. Choi a écrit un document sur leur utilisation en tant que sources d’énergie jetables dans les outils de diagnostic des centres de traitement dans les zones internationales en croissance où les batteries sont peu susceptibles d’être disponibles.

air

L’air peut vraiment être électrique, et jamais juste à la seconde où vous le fixez à votre collier après que le son de Phil Collins monte de votre système audio Ferrari. Les piles zinc-air pour mesurer les bonbons Smarties, qui reçoivent de l’oxygène virtuel et du zinc, sont utilisées depuis quelques années pour écouter des aides. Le zinc peut également être bon marché et abondant, ce qui rend le savoir-faire en plus d’être économiquement respectueux de l’environnement.

Cependant, il existe des limites lorsque vous essayez de recharger cette technologie. Les cristaux dendritiques peuvent brûler tout au long de la charge et décharger la batterie. Pour remplacer le zinc, le zinc ressemblant à la “charge mécanique” d’une batterie a été étudié en remplaçant les accessoires par le corps. Cette stratégie a été testée sur des bus électriques à Singapour. Les batteries lithium-air et métal-air ont été testées dans une grande variété d’expériences avec différentes densités de vitalité, niveaux d’énergie et valeurs. Au cours de la dernière décennie, Tesla a déposé plusieurs brevets liés à la charge de batteries au lithium-air, de sorte que leur potentiel peut exister loin de l’écoute des appareils et accessoires fonctionnels.

fer

Plusieurs années plus tôt, Peter Allen, professeur de chimie à l’Université de l’Idaho, a commencé à exprimer son intérêt pour la science des batteries sur YouTube. Presque immédiatement, il a remarqué que les téléspectateurs réagissaient réellement aux matériaux de la batterie, ce qui l’a impressionné de construire une batterie en fer rechargeable comme présentation académique. Le défi a donné lieu à plus de 100 films d’introduction expliquant les étapes, les choses et les doctrines du défi de la batterie académique.

“Je ne veux pas être un professionnel de la batterie en soi”, admet un professeur dont l’état de l’expérience est la chimie organique. Lors de la réalisation de films YouTube, il s’est rendu compte qu’il y avait beaucoup à apprendre et à découvrir en construisant une batterie de bricolage relativement peu coûteuse.

“Les composants du savoir-faire de la batterie au fer sont tordus depuis 100 ans, donc j’ai l’impression qu’un groupe de personnes qui pourraient potentiellement venir ici avec beaucoup de données internationales diraient simplement:” C’est vraiment cette couche usée – rien ne doit être trouvé là-bas “”, dit-il. “Même si je suis un peu naïf, j’y suis entré et j’ai dit:” Nous nous efforçons en fait, vous trouverez de toute façon quelque chose de fascinant. ‘ “

Après deux ans de plus de 30 variations de batterie et plusieurs assistants étudiants, Allen a remarqué comment des approvisionnements liquides et solides peuvent être maintenus régulièrement à des niveaux optimaux de vitalité, cependant, avec une faible énergie.

«Ensuite, nous avons obtenu cette enquête complète:« Si vous avez une chimie qui fonctionne mais qui fonctionne toujours lentement, comment l’accélérez-vous? ‘ “

Même lorsque le personnel résout le problème, le savoir-faire actuel dicte que l’une des meilleures fonctions d’une batterie de fer est une unité de stockage de vitalité à micro-réseau de quartier ou une énergie de ferme photoélectrique qui est nécessaire en raison de la superficie requise et du taux de vitalité. unité.

Qui va gagner?

La batterie de fer d’Allen est-elle jamais commercialement viable? Il n’est pas sûr que les découvertes actuelles de son personnel révélées dans la revue scientifique les y mèneront.

Après avoir examiné un certain nombre d’innovations en matière de batterie, il se rend compte que seules quelques-unes d’entre elles sont réellement disponibles sur le marché. Il explique qu’il existe une “vallée de la mort” dans l’analyse scientifique.

«Vous avez une analyse fondamentale qui se traduit par une chose vraiment nette», dit-il. «La question est de savoir si elle peut être commercialisée. Et ce sondage n’a pas d’argent. “Les chercheurs qui trouveront suffisamment d’argent pour répondre à une enquête préliminaire trouveront alors des commerçants qui souhaitent affiner et commercialiser le concept s’ils ont de la chance.” Cependant, il existe un marché distinct entre l’analyse approfondie et le nettoyage vital pour faire de la batterie une industrie. “

En 2019, les investisseurs en capital-risque ont investi 1,7 milliard de dollars dans des fabricants de batteries, dont un quart a été consacré à l’analyse lithium-ion. Cependant, les batteries professionnelles, le zinc-air, l’acier liquide et de nombreuses sciences appliquées différentes font également l’objet de révisions écrites. Alors que le stockage vital des ions lithium permet de contrôler le stockage de la viabilité pendant au moins une autre décennie, de nombreux autres semblent déjà consommer leurs ressources de la vallée de la mort.

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