Révolutionner le stockage d'énergie : l'essor des batteries à semi-conducteurs à l'ère des véhicules électriques
Les batteries lithium-ion utilisées 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 smartphones, les outils électriques et les véhicules électriques. 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 soit en enlevant, soit en ajoutant des électrons à 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 appareil alimenté. Les électrodes sont responsables des performances 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 porteuses de charge) dans les deux sens entre les deux électrodes de la batterie, ce qui provoque la charge et la décharge de la batterie.
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 aucun risque d'explosion ou d'incendie, ce qui évite d'avoir des composants de sécurité à ces fins et permet de gagner de la place pour augmenter la capacité de la batterie.
Exemple de batterie à semi-conducteurs
L'expérimentation avec les batteries à semi-conducteurs remonte 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 au 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 similaire associé à l'utilisation de batteries à semi-conducteurs, car elles ne sont pas faites de matériaux inflammables. Elles peuvent être utilisées à des températures élevées et permettent une charge rapide en raison de 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
Les recherches indiquent 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 se généralisent. Les véhicules électriques 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 véhicule électrique pour ce faire. Le remplacement des batteries lithium-ion par des batteries à semi-conducteurs est une tendance majeure du marché en 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 %, atteignant 314 millions de dollars US d'ici 2028, contre 58 millions de dollars US en 2022.
Conclusion
Les batteries lithium-ion atteignent leur apogée technologique. Les batteries à semi-conducteurs sont une alternative viable pour résoudre les facteurs restrictifs actuels. Les énormes investissements des fabricants (Toyota, BMW, Volkswagen, Hyundai et bien d'autres) dans la R&D des batteries à semi-conducteurs entraîneront des avancées technologiques innovantes dans le secteur.
Auteur : Abhishek Saini