Qu'est-ce qu'une batterie à semi-conducteurs et vont-ils résoudre nos problèmes de durée de vie de la batterie?

La puissance de la technologie mobile augmente de façon exponentielle, mais la technologie de la batterie ne suit pas. Nous atteignons les limites physiques de ce que les conceptions classiques lithium-ion et lithium-polymère peuvent faire. La solution pourrait être quelque chose appelé une batterie à l'état solide.

Qu'est-ce qu'une batterie à semi-conducteurs??

Dans une conception de batterie conventionnelle, le plus souvent, des électrodes en métal solide au lithium-ion sont utilisées avec un sel de lithium liquide servant d'électrolyte. Les particules ioniques se déplacent d'une électrode (la cathode) à l'autre (l'anode) lorsque la batterie se charge, et inversement lorsqu'elle se décharge. L'électrolyte de sel de lithium liquide est le milieu qui permet ce mouvement. Si vous avez déjà vu une batterie se corroder ou se perforer, «l'acide de la batterie» qui suinte (ou explose parfois) est l'électrolyte liquide..

Dans une batterie à l'état solide, les électrodes positive et négative et l'électrolyte qui les sépare sont des pièces solides en métal, en alliage ou en un autre matériau synthétique. Le terme «à l'état solide» pourrait vous rappeler les disques de données SSD, et ce n'est pas une coïncidence. Les disques de stockage à semi-conducteurs utilisent une mémoire flash, qui ne bouge pas, contrairement à un disque dur standard, qui stocke les données sur un disque magnétique en rotation alimenté par un petit moteur.

Bien que l'idée des batteries à semi-conducteurs existe depuis des décennies, les progrès dans leur développement ne font que commencer et sont actuellement stimulés par les investissements des entreprises de l'électronique, des constructeurs automobiles et des fournisseurs industriels en général..

Quoi de mieux sur les batteries à semi-conducteurs?

Les batteries à semi-conducteurs offrent quelques avantages distincts par rapport à leurs cousins ​​remplis de liquide: meilleure durée de vie de la batterie, temps de charge plus court, et expérience plus sûre.

Les batteries à l'état solide compressent l'anode, la cathode et l'électrolyte en trois couches plates au lieu de suspendre les électrodes dans un électrolyte liquide. Cela signifie que vous pouvez les rendre plus petites, ou au moins plus plates, tout en conservant autant d'énergie qu'une batterie plus grosse à base de liquide. Ainsi, si vous remplaciez la batterie lithium-ion ou lithium-polymère de votre téléphone ou de votre ordinateur portable par une batterie à l'état solide de la même taille, la charge serait beaucoup plus longue. Vous pouvez également créer un appareil qui contient la même charge beaucoup plus petit ou plus mince.

Les batteries à semi-conducteurs sont également plus sûres, car il n'y a pas de liquide toxique et inflammable à renverser, et elles ne dégagent pas autant de chaleur que les batteries rechargeables classiques. Lorsqu'elles sont appliquées à des batteries alimentant des composants électroniques actuels ou même des voitures électriques, elles peuvent se recharger beaucoup plus rapidement, tandis que les ions aussi pourraient se déplacer beaucoup plus rapidement de la cathode à l'anode.

Selon les dernières recherches, une batterie à semi-conducteurs pourrait surperformer les batteries rechargeables classiques de 500% ou plus en termes de capacité, et se recharger en un dixième du temps.

Quels sont les inconvénients?

Les batteries à semi-conducteurs étant une technologie émergente, leur fabrication est extrêmement coûteuse. Si coûteux, en fait, qu'ils ne sont pas installés dans les principaux produits électroniques grand public au moment de la rédaction. En 2012, des analystes travaillant pour le département d’analyse logicielle et de traitement avancé des matériaux de l’Université de Floride avaient estimé qu’une batterie type à semi-conducteurs de la taille d’un téléphone cellulaire coûterait environ 15 000 $. Une voiture assez grosse pour faire fonctionner une voiture électrique coûterait 100 000 $.

Fabriquer une batterie solide suffisamment puissante pour alimenter votre téléphone coûte aujourd'hui des milliers de dollars.

Cela tient en partie au fait que les économies d’échelle ne sont pas en place: des centaines de millions de piles rechargeables sont fabriquées chaque année, de sorte que le coût de fabrication des matériaux et de l’équipement est réparti sur d’énormes lignes d’approvisionnement. Seules quelques entreprises et universités effectuant des recherches sur les batteries à semi-conducteurs, le coût de fabrication de chacune d'entre elles est astronomique..

Un autre problème concerne les matériaux. Bien que les propriétés de divers métaux, alliages et sels métalliques utilisés dans les batteries rechargeables classiques soient bien connues, nous ne connaissons pas actuellement la meilleure composition chimique et atomique pour un électrolyte solide entre anodes métalliques et cathodes. La recherche actuelle est en train de le réduire, mais nous devons collecter des données plus fiables avant de pouvoir rassembler ou synthétiser les matériaux et investir dans les processus de fabrication..

Quand vais-je pouvoir utiliser une batterie à semi-conducteurs?

Comme avec toutes les technologies émergentes, essayer de comprendre quand vous mettrez la main dessus est au mieux une conjecture.

Il est encourageant de constater que de nombreuses énormes sociétés investissent dans la recherche nécessaire pour introduire les batteries à semi-conducteurs sur le marché de la consommation, mais à moins d'une avancée majeure dans un avenir immédiat, il est difficile de dire s'il y aura un grand bond en avant. Au moins un constructeur automobile a déclaré qu'il serait prêt à en installer un dans un véhicule d'ici 2023, mais il n'a pas deviné combien cette voiture pourrait coûter. Cinq ans semble trop optimiste; dix ans semble plus probable. Il faudra peut-être plus de vingt ans avant que les matériaux soient installés et les processus de fabrication développés.

Mais comme nous l'avons dit au début de l'article, la technologie des batteries conventionnelles commence à se heurter à un mur. Et rien ne vaut les ventes potentielles pour stimuler la recherche et le développement. Il est tout à fait possible que vous puissiez utiliser un gadget ou conduire une voiture alimentée par une batterie à semi-conducteurs..

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