Révolutionner le stockage d'énergie: l'essor des batteries à semi-conducteurs à l'ère du véhicule électrique
Batteries lithium-ionutilisées dans le commerce sont principalement composées d'une cathode, d'un séparateur d'anode et d'un électrolyte. Les batteries lithium-ion sont installées dans les téléphones intelligents, les outils électriques et les VE. Elles utilisent une solution d'électrolyte liquide.
Composants d'une batterie -
Électrodes - L'électrode qui libère des électrons pendant la décharge est une anode; l'électrode qui absorbe les électrons est la cathode. Elles stockent le lithium. L'électrolyte transporte les ions lithium chargés positivement (c'est-à-dire qu'un ion est une particule chargée électriquement produite pour donner un ion positif ou négatif en enlevant ou en ajoutant des électrons d'un atome neutre) de l'anode à la cathode et vice versa à travers le séparateur. Le mouvement des ions lithium crée des électrons libres dans l'anode, créant une charge qui fait circuler le courant électrique à travers un dispositif alimenté. Les électrodes sont responsables de la performance de base de la batterie.
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Séparateur et électrolyte - Ces deux éléments déterminent la sécurité d'une batterie. Le séparateur agit comme une barrière physique entre la cathode et l'anode, empêchant le flux direct d'électrons entre elles, bloquant le flux d'électrons à l'intérieur de la batterie, ne laissant passer que les ions.
L'électrolyte transfère les ions (particules transportant la charge) dans les deux sens entre les deux électrodes de la batterie, ce qui permet à la batterie de se charger et de se décharger.
Batterie à semi-conducteurs - La batterie à semi-conducteurs utilise une solution d'électrolyte solide au lieu d'une solution d'électrolyte liquide. Elle joue également le rôle de séparateur. Elle a une densité énergétique plus élevée. Elle ne présente pas de risque d'explosion ou d'incendie, ce qui supprime la nécessité d'avoir des composants de sécurité à ces fins, et permet de gagner plus d'espace pour augmenter la capacité de la batterie.
Exemple de batterie à semi-conducteurs
Expérimentation avecbatteries à semi-conducteursremonte à la fin des années 1950, avec l'utilisation d'électrolytes conducteurs d'ions argent. Aujourd'hui, un exemple de batterie à semi-conducteurs est le verre de phosphate de lithium. La densité énergétique est élevée dans ces batteries, avec une capacité énergétique supérieure à celle d'une batterie Li-ion.
Avantages de la batterie à semi-conducteurs
Les électrolytes liquides des batteries lithium-ion sont constitués de solvants organiques inflammables ; leur utilisation dans des environnements à haute température suscite des inquiétudes. Il n'y a pas de risque de ce type associé à l'utilisation de batteries à semi-conducteurs, car elles ne sont pas fabriquées à partir de matériaux inflammables. Elles peuvent être utilisées à haute température et permettent une charge rapide grâce à leur résistance à la chaleur. Un autre avantage est le choix de la taille de la batterie car il n'y a pas de restrictions structurelles comme dans le cas des électrolytes liquides pour éviter les fuites.
Rôle des batteries à semi-conducteurs dans les véhicules électriques
La recherche montre une transition des VCI (véhicules électriques à combustion interne) vers les véhicules électriques dans l'industrie automobile. Plusieurs défis doivent être résolus avant que les véhicules électriques ne deviennent courants. Les VE doivent avoir un niveau de kilométrage similaire à celui des VCI actuels, et il est nécessaire d'augmenter la capacité de la batterie d'un VE pour ce faire. Le remplacement des batteries lithium-ion par des batteries à semi-conducteurs est une tendance majeure du marché dans la R&D pour les fabricants automobiles et de batteries à semi-conducteurs.
La taille du marché des batteries à semi-conducteurs devrait croître avec un TCAC de 32,5 %, pour atteindre 314 millions de dollars US d'ici 2028, contre 58 millions de dollars US en 2022.
Conclusion
Les batteries lithium-ion atteignent leur niveau d'avancement technologique. Les batteries à semi-conducteurs sont une alternative viable pour faire face aux facteurs restrictifs actuels. Les investissements massifs des fabricants (Toyota, BMW, Volkswagen, Hyundai et bien d'autres) dans la R&D des batteries à semi-conducteurs se traduiront par des avancées technologiques innovantes dans le secteur.
Auteur : Abhishek Saini