10 technologies de batterie les plus avancées qui alimenteront l'avenir

Dans cet article, nous discutons des 10 technologies de batterie les plus avancées qui alimenteront l'avenir. Si vous souhaitez en savoir plus sur certaines technologies de batterie plus avancées qui alimenteront l'avenir, accédez directement aux 5 technologies de batterie les plus avancées qui alimenteront l'avenir.

La technologie avancée des batteries implique l'utilisation de technologies et de matériaux sophistiqués dans la conception et la production des batteries afin d'améliorer leurs performances, leur efficacité et leur durabilité. Cela peut inclure une variété de domaines de recherche axés sur la création de batteries avec une meilleure densité d'énergie, une meilleure durée de vie et un meilleur coût, ainsi que le développement de méthodes de charge innovantes, telles que la charge rapide et sans fil. Quelques-unes des technologies de batterie avancées comprennent les anodes au silicium et au lithium-métal, les électrolytes à l'état solide, les conceptions Li-ion avancées, le lithium-soufre (Li-S), le sodium-ion (Na-ion), les batteries à flux redox (RFB) , Zn-ion, Zn-Br et Zn-air.

Les batteries avancées ont trouvé plusieurs applications dans diverses industries. Actuellement, ils sont utilisés dans des appareils électroniques portables, des véhicules électriques et hybrides, des systèmes de stockage d'énergie, des appareils médicaux, des équipements industriels et des applications militaires. Par exemple, Sila Nanotechnologies travaille sur un nouveau type de batterie lithium-ion qui utilise une anode à base de silicium au lieu d'une anode en graphite. La société affirme que ce nouveau type de batterie aura une densité d'énergie plus élevée et des temps de charge plus rapides par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles. L'entreprise vise à augmenter la densité énergétique des cellules de batterie de 20 à 40 %.

Le développement et l'utilisation d'anodes en silicium et d'anodes Li-métal sont deux des avancées matérielles les plus intrigantes pour les batteries Li-ion. Le potentiel pour ces matériaux d'anode d'augmenter considérablement la densité d'énergie est passionnant, cependant, des améliorations de la capacité de débit, de la sécurité et même des coûts sont également explorées. Les principaux problèmes de durée de vie du silicium et du lithium métal ont ralenti et restreint l'utilisation commerciale jusqu'à présent. Pour les batteries Li-S, la longévité est encore plus un défi.

Compte tenu de l'importance du secteur des véhicules électriques pour l'économie mondiale globale, la technologie Li-ion devrait conserver sa position de leader dans l'univers des batteries dans un avenir prévisible, même si elle est en proie à des problèmes tels que la sélection des cathodes et des anodes, les progrès de la conception des cellules, et le taux de développement de la densité d'énergie. L'amélioration d'un paramètre de performance, comme la densité énergétique, le coût ou la durabilité, se fera presque toujours au prix d'un autre. Cela est vrai même lorsque l'on considère des chimies de batterie autres que celles à base de lithium.

La densité d'énergie est généralement sacrifiée par les alternatives aux produits chimiques à base de lithium en faveur de plus grandes références environnementales, de coûts d'investissement ou de durée de vie réduits, d'une capacité de débit améliorée ou d'une durée de vie plus longue. En fin de compte, les exigences d'une application et d'un marché particuliers déterminent la combinaison des caractéristiques de performance et, par conséquent, le choix de la technologie et de la chimie. Les méthodes de stockage de plus longue durée sont de plus en plus demandées, par exemple dans le stockage d'énergie stationnaire. Cela ouvre la porte à des innovations telles que la batterie à flux redox, qui augmente plus facilement la capacité énergétique tout en permettant simultanément l'utilisation de matériaux actifs peu coûteux et largement accessibles.

Bien sûr, le secteur des batteries EV est un axe majeur pour de nombreuses avancées technologiques en matière de batteries, offrant une chance de desservir un marché où la demande devrait dépasser 1500 GWh d'ici 2030. Tout au long de la seconde moitié de la décennie, le marché des batteries EV devrait mettre davantage l'accent sur les anodes de silicium, le lithium-métal et les technologies à l'état solide. L'Asie et la Chine dominent désormais le traitement des matériaux Li-ion et la production de cellules, tandis que les États-Unis et l'Europe en particulier tentent maintenant de construire et de développer leurs propres chaînes d'approvisionnement de batteries, donnant le rythme de l'innovation et du développement de technologies de nouvelle génération pour capter et domestiquer la valeur.

Les États-Unis émergent en tant que leader de la technologie de nouvelle génération lorsque les start-up sont analysées géographiquement comme un indicateur de l'innovation, tandis que l'Europe a également une activité importante. Cependant, il convient de noter que le développement en Asie est probablement sous-représenté étant donné la plus grande présence des principaux fabricants de batteries et des entreprises de matériaux dans la région. Le marché de la technologie avancée des batteries devrait connaître une croissance significative dans les années à venir. La taille du marché devrait passer de 95,7 milliards de dollars en 2022 à 136,6 milliards de dollars d'ici 2027, à un taux de croissance annuel composé de 7,4 %.

Certaines des tendances à venir pour 2023 dans l'industrie de la technologie avancée des batteries sont l'utilisation accrue de la technologie à semi-conducteurs, l'intégration avec les énergies renouvelables et les matières premières respectueuses de l'environnement. Certaines des principales entreprises dans ce contexte incluent Tesla, Inc. (NASDAQ : TSLA), Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited (NYSE : TSM) et General Motor Company (NYSE : GM). Veuillez consulter notre article sur les meilleurs stocks de batteries à acheter selon les fonds spéculatifs.

Notre Méthodologie

Ceux-ci ont été choisis à partir d'une évaluation minutieuse de l'industrie des batteries. Les technologies de batterie qui présentent un potentiel de croissance basé sur la viabilité de leurs prototypes commerciaux ont été préférées pour la liste. Outre les avantages offerts par diverses technologies de batterie avancées, leurs principaux inconvénients sont également abordés, car l'amélioration d'un aspect de la technologie de la batterie se fait généralement au détriment d'un autre.

Une batterie lithium-ion conventionnelle utilise le lithium-ion comme composant clé de son électrochimie. Les atomes de lithium de l'anode sont ionisés et séparés de leurs électrons. La prochaine génération de batteries lithium-ion fonctionnera sur des innovations technologiques dans la cathode, permettant des densités d'énergie plus élevées et des coûts inférieurs. Il existe trois types de batteries lithium-ion utilisées dans les véhicules électriques : le ferrophosphate de lithium, ou phosphate de fer lithium, l'oxyde de lithium nickel manganèse cobalt et l'oxyde de lithium nickel cobalt aluminium.

Malgré les avantages du respect de l'environnement et du potentiel de travail inférieur, l'anode en graphite conventionnelle dans les batteries au lithium est confrontée à des défis, tels que la capacité limitée à répondre aux exigences des tendances émergentes des voitures électriques et des véhicules hybrides. Les batteries lithium-ion de nouvelle génération avec une densité plus élevée ont de nouveaux matériaux d'anode. Ces batteries ont le potentiel de présenter une capacité énergétique plus élevée et une meilleure durabilité de cyclage que le graphite conventionnel. Actuellement, diverses méthodes de prélithiation permettant de compenser la capacité irréversible initiale de l'anode ont été trouvées. Cependant, les applications commerciales à grande échelle n'ont pas encore été développées. Consultez la liste des 12 pays qui produisent le plus de lithium au monde.

Des entreprises comme Tesla, Inc. (NASDAQ:TSLA), Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited (NYSE:TSM) et General Motor Company (NYSE:GM) contribuent au développement de nouvelles technologies de batterie comme celle-ci.

Dans les batteries lithium-soufre, l'électrode positive est en soufre et l'électrode négative est constituée de lithium métallique. La tension de la cellule est comparativement inférieure à celle des cellules lithium-ion et est d'environ 2 V.

Ces batteries ont une densité d'énergie plusieurs fois supérieure à celle des batteries lithium-ion. Les Li-S ont des énergies spécifiques de l'ordre de 550 Wh/kg. Contrairement à cela, les batteries lithium-ion conventionnelles ont une plage de 150 à 260 Wh/kg.

Le soufre utilisé comme cathode dans les batteries lithium-soufre est moins cher que le cobalt utilisé dans les batteries lithium-ion conventionnelles. Ces batteries seront de plus en plus demandées à l'avenir en raison de leur plus grande capacité de stockage d'énergie et de leur rentabilité.

Les batteries lithium-soufre ont un inconvénient majeur : elles sont réutilisables pendant environ 1000 cycles de charge alors que les batteries lithium-ion peuvent être rechargées 2000 à 3000 fois. Des batteries lithium-soufre avec plus de 1500 cycles de charge et de décharge ont été présentées en 2017 mais leur test de durée de vie à l'échelle commerciale avec un électrolyte pauvre reste à démontrer.

Une batterie d'eau salée a une solution saline concentrée comme électrodes. Les molécules d'eau séparent les ions sodium et chlorure, les rendant flottants. Le sodium est extrait de la solution pendant le chargement de la batterie et l'eau salée extraite est évacuée avec l'oxygène dissous. Cela fonctionne comme un oxydant pour produire de l'électricité.

Contrairement aux batteries lithium-ion conventionnelles, ces batteries n'utilisent pas d'électrolytes inflammables, ce qui les rend beaucoup plus sûres et plus faciles à fabriquer, à utiliser et à recycler. Les chercheurs ont découvert que la solution saline affiche une stabilité électrochimique allant jusqu'à 2,6 volts. Les batteries d'eau salée peuvent être rechargées pendant 5000 cycles pendant leur durée de vie. Cependant, ces batteries peuvent être utilisées au-delà des cycles indiqués car elles sont inflammables et non explosives.

Ayant une densité d'énergie élevée, ils peuvent alimenter des appareils électroniques pendant une durée plus longue. Cependant, pour atteindre ce niveau de densité, les batteries doivent être construites plus grandes et nécessitent plus de matériaux. Ceci, à son tour, augmente le coût de production ainsi que la taille des batteries d'eau salée. Par conséquent, ces batteries ne sont pas utilisées commercialement.

Contrairement aux batteries au lithium conventionnelles, qui utilisent des électrolytes liquides et polymères, les batteries à semi-conducteurs utilisent des électrodes solides et un électrolyte solide composé de céramiques telles que des oxydes, du verre et des sulfures, etc. Ces batteries ont une densité d'énergie plus élevée que les batteries lithium-ion et peut être rechargé jusqu'à sept fois avec une durée de vie de dix ans.

Les batteries à semi-conducteurs peuvent réduire de 24 % l'empreinte carbone d'un véhicule électrique. Des recherches ont montré que l'utilisation de matériaux supplémentaires dans ces batteries peut encore réduire l'empreinte carbone d'un VE de 39 %. Ils sont également utilisés dans les stimulateurs cardiaques, les étiquettes RFID et les appareils portables.

Toyota Motor est considéré comme le leader des brevets sur les batteries à semi-conducteurs. Actuellement, les véhicules électriques équipés de batteries à semi-conducteurs ne sont pas disponibles dans le commerce, mais devraient être utilisés dans les véhicules électriques à partir de 2025. De plus, les véhicules électriques à semi-conducteurs sont testés dans les véhicules électriques par BMW et Ford. Les principales entreprises du marché des semi-conducteurs sont Robert Bosch, Cymbet, BrightVolt, Samsung SDI, QuantumScape, SolidEnergy Systems et Toyota Motor Corporation, etc.

Le cobalt, qui est un élément clé dans la production de batteries lithium-ion conventionnelles, est considéré comme un métal coûteux. De plus, 50 à 60% des ressources mondiales de cobalt sont situées dans le Congo politiquement instable (RDC) et sont extraites dans des conditions de travail douteuses. Les batteries sans cobalt apportent une solution à ce problème en utilisant des matériaux alternatifs comme cathode dans les batteries lithium-ion.

Les chimies lithium-ion sans cobalt comprennent le phosphate ferreux de lithium et le titanate de lithium. Le manganèse et le nickel sont également utilisés comme métaux d'électrode pour les batteries sans cobalt. Ces alternatives sont moins chères que les batteries standard à base de cobalt. Les batteries ioniques à base de nickel ont une densité d'énergie plus élevée que les batteries à base de cobalt, ce qui signifie qu'elles consomment moins d'espace et ont une énergie plus élevée. Les batteries sans cobalt sont également moins toxiques pour l'environnement.

Tesla, un important fabricant de véhicules électriques, a déclaré que presque toutes les voitures produites au premier trimestre utilisaient des batteries fer-phosphate sans cobalt. SVOLT, un autre fabricant de batteries pour véhicules électriques, fabrique des batteries sans cobalt à base de nickel et de manganèse. Le matériau cathodique utilisé par l'entreprise contient 75 % de nickel et 25 % de manganèse.

Des entreprises telles que Tesla, Inc. (NASDAQ:TSLA), Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited (NYSE:TSM) et General Motor Company (NYSE:GM) contribuent au développement de nouvelles technologies de batterie comme celle-ci.

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Divulgation. Aucun. 10 technologies de batterie les plus avancées qui alimenteront l'avenir est initialement publié sur Insider Monkey.

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