La technologie actuelle des batteries lithium-ion ne sera probablement pas en mesure de répondre à l'énorme demande d'énergie des prochaines décennies. On estime qu'en 2050, l'électricité représentera 50 pour cent du mix énergétique mondial. Aujourd'hui, ce taux est de 18 pour cent. Mais la capacité installée de production d'énergie renouvelable devrait quadrupler. Cela nécessitera des batteries plus performantes, moins cher et respectueux de l'environnement.

L'une des alternatives à l'étude aujourd'hui dans de nombreuses régions du monde est la batterie lithium-air. Certains des efforts brésiliens dans la recherche d'un tel appareil ont été présentés le deuxième jour de la semaine FAPESP à Londres, du 11 au 12 février, 2019.

« On parle beaucoup aujourd'hui de voitures électriques. Certains pays européens réfléchissent également à interdire les moteurs à combustion. les sources renouvelables comme l'énergie solaire ont besoin de batteries pour stocker ce qui est généré pendant la journée par le rayonnement solaire, " dit Rubens Maciel Filho, professeur à l'École de génie chimique de l'Université de Campinas (UNICAMP).

La batterie lithium-air, fonctionnant actuellement uniquement à l'échelle d'un laboratoire, utilise l'oxygène ambiant comme réactif. La batterie stocke de l'énergie supplémentaire grâce à une réaction électrochimique qui entraîne la formation d'oxyde de lithium.

"C'est un moyen durable de stocker l'énergie électrique. Avec les avancées, il peut supporter de nombreux cycles de décharge/charge. Il a un grand potentiel pour une utilisation dans le transport, dans les véhicules légers comme dans les poids lourds. Il peut également fonctionner dans les réseaux de distribution d'énergie électrique, ", a déclaré le chercheur.

Mais transformer les expériences en produits commercialement viables implique de comprendre les principes fondamentaux des réactions électrochimiques qui se produisent dans le processus.

"Cela nécessite également le développement de nouveaux matériaux qui nous permettent de tirer parti des réactions souhaitables et de minimiser ou d'éviter les indésirables, " dit Maciel, directeur du Centre d'Innovation Énergie Nouvelle (CINE). Avec des unités à UNICAMP, l'Institut de recherche sur l'énergie nucléaire (IPEN) et l'Institut de chimie de São Carlos de l'Université de São Paulo (USP), le centre est soutenu par la FAPESP et Shell dans le cadre du programme des centres de recherche en ingénierie (ERC).

Il a poursuivi en expliquant que certains des phénomènes doivent être observés in operando, ou en d'autres termes, en temps réel. "L'idée est de garder une trace des réactions qui se produisent dans les expériences dynamiques et les différentes espèces chimiques qui se forment, même temporairement.

Autrement, certaines étapes du processus se perdent et la batterie devient inefficace en termes de temps de charge et de durée de charge."

Pour effectuer ces mesures, les chercheurs utilisent le Laboratoire national de lumière synchrotron (LNLS) du Centre brésilien de recherche sur la lumière dans l'énergie et les matériaux (CNPEM), situé à Campinas.

Un autre projet présenté lors de la session concernait les batteries soufre-air. Bien qu'il ne soit pas aussi efficace, ils sont peu coûteux et stockent de l'énergie pendant de nombreuses heures. « Ils peuvent stocker de l'énergie jusqu'à 24 heures à un coût très faible. Ses principaux ingrédients sont le soufre et la soude caustique et ils sont extrêmement bon marché. C'est pourquoi nous y investissons, " a déclaré Nigel Brandon, professeur à l'Imperial College.

En raison de ces caractéristiques, les batteries soufre-air peuvent être utilisées dans les maisons ou les entreprises. Brandon croit, cependant, que leur plus grand potentiel réside dans les bornes de recharge pour voitures électriques, qui deviendra beaucoup plus courante en raison de l'objectif européen de réduire les émissions de carbone de 80 % d'ici 2050.

"Il est important de souligner le fait que les différents projets de batteries ne se concurrencent pas mais se complètent, " a déclaré Geoff Rodgers de l'Université Brunel de Londres, animateur de séance.

Soleil, hydrogène et biocarburants

Des batteries plus efficaces sont particulièrement importantes dans un scénario dans lequel l'utilisation de l'énergie solaire devrait augmenter. Le rayonnement solaire maximal pendant la journée nécessitera un stockage efficace de l'énergie afin qu'il puisse être utilisé la nuit.

Maciel a également parlé d'un projet au CINE pour développer des cellules photovoltaïques plus efficaces qui pourraient être utilisées à l'avenir pour convertir l'énergie solaire en électricité ainsi que pour obtenir des produits chimiques, ou encore l'hydrogène issu de l'hydrolyse de l'eau.

L'hydrogène liquide est un carburant très efficace, mais sa production entraîne des coûts énergétiques élevés. C'est l'une des options envisagées au Royaume-Uni car les biocarburants ne sont pas aussi viables qu'au Brésil.

« Nous recherchons de nouvelles enzymes bactériennes pour l'oxydation de la lignine, un polymère aromatique qui constitue plus de 25 pour cent des parois cellulaires végétales et fait partie des résidus de la production de biocarburants. L'objectif est de développer de nouveaux produits tels que les biocarburants, nouveaux plastiques et produits chimiques pour l'industrie, " a déclaré Timothy Bugg de l'Université de Warwick.