McGill travaille sur une pile révolutionnaire
De plus en plus, les piles rechargeables font partie de notre quotidien. Depuis l’arrivée de piles au lithium, les chercheurs essaient de mettre au point des piles moins coûteuses, mais tout aussi performantes. Le travail de l’équipe d’Éric McCalla, professeur associé au Département de chimie de l’Université McGill, pourrait nous amener à remplacer nos piles au lithium par des piles à base de sel.
Ces piles existent déjà. La Chine en produit pour qu’elles soient utilisées dans des véhicules électriques. Malheureusement, leur performance est déjà limitée, car la technologie mise au point ne permet pas de les améliorer. Il faut donc créer une nouvelle technologie qui nous permettra d’augmenter la puissance de ces piles. L’équipe du professeur McCalla travaille justement à la conception d’une nouvelle source d’énergie qui surpassera les piles au lithium, car elles seront moins chères et plus efficaces.
Il y a trois composantes principales à l’intérieur d’une pile. L’anode, qui est chargée négativement, la cathode qui a une charge positive et l’électrolyte qui facilite les échanges entre les deux autres. Le déplacement des ions positifs de l’anode vers la cathode produit de l’énergie électrique. Dans le cas des piles au lithium, c’est l’ion positif du lithium qui produit de l’énergie électrique lorsqu’il se déplace vers la cathode. On concentre donc tous les ions positifs dans l’anode. Ceux-ci vont vouloir naturellement rejoindre la cathode positive et ainsi créer de l’énergie. Une fois que tous les ions positifs ont rejoint la cathode, la pile ne fonctionne plus. Lorsqu’on recharge une pile, on remet tous les ions positifs dans l’anode et le processus de création d’énergie reprend.
Dans le cas des piles à base de sel, ce sont les ions de sodium, chargés positivement, qui se déplacent de l’anode vers la cathode pour générer de l’électricité. Le problème avec lequel l’équipe de McGill a dû composer, c'est la taille des ions. Ceux de lithium sont beaucoup plus petits que ceux du sodium. Pour contourner ce problème, les chercheurs ont développé une anode et une cathode faite de manganèse qu’ils ont oxydées pour faciliter le transfert des ions de sodium. L’ajout de deux atomes d’oxygène sur l’atome de manganèse facilite l'absorption des ions par l’anode et la cathode.
L’an dernier, un nouveau matériau a été commercialisé. Celui-ci permet un meilleur échange des ions de sodium. C’est le cyanure à l’intérieur de ce nouveau matériau qui facilite cet échange. Cependant, cette technologie a déjà atteint sa limite. Les piles au sodium, de ce type, ne donnent qu’une autonomie de 250 km aux véhicules électriques. C’est sur ce volet que l’équipe de chercheurs travaille activement. Ils veulent mettre au point une pile plus performante, qui offre plus d’autonomie que la technologie au sodium déjà existante.
L’équipe de du professeur McCalla espère mettre au point une pile à base de matériaux abondants et moins coûteux que les métaux plus rares comme le lithium, le zinc et le cobalt, qui sont actuellement utilisés dans les piles lithium-ion. Ils testent déjà des composantes qui contiennent du manganèse, du fer, du sel et de l’oxygène. Cependant, ceux-ci sont instables. Il faut y ajouter un autre élément pour contourner ce problème. Ils ont donc mis au point une façon de faire qui leur permet de tester la compatibilité de 64 éléments différents en même temps. Cette façon de faire novatrice leur permet d’économiser beaucoup de temps. Non seulement ils testent leurs efficacités, mais ils le font aussi à différentes températures afin de reproduire les conditions auxquelles les véhicules électriques sont soumis.
Plusieurs pensent que les piles en fin de vie ne sont pas recyclables. Selon le chercheur, toutes les piles peuvent être recyclées. Il voit plutôt la motivation comme barrière au recyclage des piles. Il souligne que les piles lithium-ion contiennent des métaux qui ont une grande valeur commerciale. Il y a donc un intérêt à les récupérer. Ce n’est pas le cas avec les piles au sodium. Ses éléments ont peu de valeur et donc la motivation de les recycler ne sera peut-être pas au rendez-vous, ajoute-t-il.
Il n’y a pas que les véhicules électriques qui sont dans la mire de l’équipe de l’université McGill. Les scientifiques croient qu’ils peuvent mettre au point une pile suffisamment puissante pour entreposer l’énergie générée par les éoliennes et les panneaux solaires afin de l’utiliser lorsque le temps est nuageux ou qu’il ne vente pas. Selon le professeur McCalla, l’avenir est très prometteur pour ce type de sources d’énergie. Leur plus grande qualité, c’est le faible coût de ces piles par rapport à celles présentement offertes.
Le professeur ajoute que la motivation dont fait preuve la jeune génération de chercheurs l’inspire au plus haut point. Ils sont motivés, mais aussi très créatifs dans leurs approches. Ils ont grandi avec la pile rechargeable et veulent contribuer à son développement futur. L’avenir des véhicules électriques passera par eux, souligne-t-il.
