La technologie mobile augmente de façon exponentielle en puissance, mais la technologie des batteries ne suit pas le rythme. Nous atteignons les limites physiques de ce que peuvent faire les conceptions lithium-ion et lithium-polymère conventionnelles. La solution pourrait être quelque chose appelé une batterie à semi-conducteurs.
Qu'est-ce qu'une batterie à semi-conducteurs?
Dans une conception de batterie conventionnelle - le plus souvent au lithium-ion - deux électrodes métalliques solides sont utilisées avec un sel de lithium liquide agissant comme un 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 liquide au sel de lithium est le milieu qui permet ce mouvement. Si vous avez déjà vu une batterie se corroder ou être percée, «l’acide de batterie» qui suinte (ou parfois explose) est l’électrolyte liquide.
Dans une batterie à semi-conducteurs, les électrodes positive et négative et l'électrolyte entre elles sont des pièces solides de métal, d'alliage ou d'une autre matière synthétique. Le terme «à l'état solide» peut vous rappeler les lecteurs de données SSD , et ce n’est pas une coïncidence. Les lecteurs de stockage SSD 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 de leur développement ne font que commencer, actuellement stimulés par les investissements des sociétés d'électronique, des constructeurs automobiles et des fournisseurs industriels en général.
Qu'y a-t-il de mieux avec les batteries à semi-conducteurs?
Les batteries à semi-conducteurs promettent quelques avantages distincts par rapport à leurs cousins remplis de liquide: une meilleure durée de vie de la batterie, des temps de charge plus rapides et une 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 petits, ou du moins plus plats, tout en conservant autant d'énergie qu'une batterie liquide plus grande. Ainsi, si vous remplacez la batterie lithium-ion ou lithium-polymère de votre téléphone ou ordinateur portable par une batterie à semi-conducteurs de la même taille, la charge sera beaucoup plus longue. Vous pouvez également créer un appareil qui détient la même charge beaucoup plus petit ou plus fin.
Les piles à semi-conducteurs sont également plus sûres, car il n'y a pas de liquide toxique et inflammable à répandre et elles ne produisent pas autant de chaleur que les piles rechargeables conventionnelles. Lorsqu'elles sont appliquées à des batteries qui alimentent l'électronique actuelle ou même des voitures électriques, elles peuvent également se recharger beaucoup plus rapidement - les ions peuvent se déplacer beaucoup plus rapidement de la cathode à l'anode.
Selon les dernières recherches, une batterie à semi-conducteurs pourrait surpasser les batteries rechargeables conventionnelles de 500% ou plus en termes de capacité, et se recharger dans un dixième du temps.
Quels sont les inconvénients?
Les batteries à semi-conducteurs étant une technologie émergente, leur fabrication est incroyablement coûteuse. Si chers, en fait, qu'ils ne sont pas installés dans les principaux appareils électroniques grand public au moment de la rédaction de cet article. En 2012, rédaction d'analystes pour le département d'analyse logicielle et de traitement des matériaux avancés de l'Université de Floride a estimé qu'une batterie à semi-conducteurs typique de la taille d'un téléphone portable coûterait environ 15 000 dollars à fabriquer. Un assez gros pour alimenter une voiture électrique coûterait 100 000 $.
Cela tient en partie au fait que les économies d’échelle ne sont pas en place - des centaines de millions de batteries rechargeables sont fabriquées chaque année en ce moment, de sorte que le coût de fabrication des matériaux et de l’équipement est réparti sur d’énormes lignes d’approvisionnement. Il n'y a que quelques entreprises et universités qui recherchent des batteries à semi-conducteurs, le coût de production de chacune d'entre elles est donc astronomique.
Un autre problème concerne les matériaux. Bien que les propriétés de divers métaux, alliages et sels métalliques utilisés pour les batteries rechargeables conventionnelles soient bien connues, nous ne connaissons pas actuellement la meilleure composition chimique et atomique pour un électrolyte solide entre les anodes métalliques et les cathodes. La recherche actuelle réduit cela, mais nous devons rassembler des données plus fiables avant de pouvoir rassembler ou synthétiser les matériaux et investir dans les processus de fabrication.
Quand vais-je utiliser une batterie à semi-conducteurs?
Comme pour toutes les technologies émergentes, essayer de savoir quand vous mettrez la main dessus est au mieux une conjecture.
Il est encourageant de constater que de nombreuses énormes entreprises investissent dans la recherche nécessaire pour introduire les batteries à semi-conducteurs sur le marché grand public, mais à l’abri d’une percée majeure dans un avenir immédiat, il est difficile de dire s’il y aura un grand bond en avant. Au moins un constructeur automobile dit qu'il sera prêt à en installer un dans un véhicule d'ici 2023, mais ne devine pas combien cette voiture pourrait coûter. Cinq ans semble trop optimiste; dix ans semble plus probable. Il peut s'écouler vingt ans ou plus avant que les matériaux ne soient fixés et que les processus de fabrication ne soient développés.
Mais comme nous l'avons dit au début de l'article, la technologie de batterie conventionnelle commence à frapper un mur. Et rien de tel que des ventes potentielles pour stimuler la recherche et le développement. Il est au moins légèrement (très, très légèrement) possible que vous puissiez bientôt utiliser un gadget ou conduire une voiture alimentée par une batterie à semi-conducteurs.
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