L'armée américaine est soudainement obsédée par un nouveau système de stockage d'énergie

L’armée américaine s’intéresse vivement aux nouveaux électrolytes de gaz liquéfiés pour les systèmes de stockage d’énergie de haute puissance et ininflammables qui résistent à la pression sur le terrain.

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Le soldat de l’armée américaine du 21ème siècle emballe environ 25 livres de batteries lors d’une mission typique, il n’est donc pas surprenant que l’armée soit continuellement obsédée par l’amélioration de ses ressources de stockage d’énergie. Dans le dernier rebondissement, l’armée donne une autre chance aux batteries lithium-ion, mais cette fois avec un nouvel électrolyte de gaz liquéfié.

Les batteries lithium-ion conventionnelles déploient un électrolyte liquide, dans lequel un sel de lithium est dissous par un solvant. Normalement, c’est un environnement sans souci, malgré la présence du solvant. Cependant, une batterie défectueuse ou perforée peut devenir un risque d’incendie.

Les batteries lithium-ion sont omniprésentes tout au long de la vie moderne, et cette chose à propos de la perforation n’est pas une préoccupation pour la plupart des gens dans la plupart des situations. Cependant, il s’agit d’un danger particulier pour les soldats et leur équipement, ainsi que l’écrasement et d’autres impacts potentiels qui peuvent survenir lors des missions sur le terrain, ce qui explique pourquoi l’armée tient à identifier la prochaine génération de batteries lithium-ion meilleures et plus sûres.

Le département américain de la Défense a fait un grand pas dans l’avenir du stockage d’énergie lithium-ion il y a quelques années, lorsqu’il a aidé la start-up de l’Illinois NanoGraf à développer une nouvelle formule d’anode en silicium, visant à réduire le poids et à améliorer les performances des batteries lithium-ion.

Puis vint un prix de 10 millions de dollars de l’armée pour aider NanoGraf à faire décoller une usine pour sa formule de silicium à Chicago. Maintenant, l’armée fait un suivi avec un autre financement de 550 000 $ pour connecter la cellule de batterie à anode en silicium 3,8 Ah 18650 de NanoGraf avec un électrolyte de gaz liquéfié développé par la société californienne South 8 Technologies.

Le projet de six mois mettra la nouvelle batterie à l’épreuve dans une série de tests de température et de pénétration des ongles.

« La réussite des tests validera les performances de la cellule par temps extrêmement froid et maintiendra la capacité existante et la durée de vie du cycle, permettant à la cellule de fonctionner jusqu’à -60 degrés et jusqu’à +60 degrés Celsius et de réussir le test de sécurité », explique NanoGraf.

Le projet de stockage d’énergie de l’armée fait suite à l’octroi de 3,152 millions de dollars à South 8 par ARPA-E, le bureau de financement de pointe du ministère de l’Énergie, dans le cadre d’un programme plus large visant à repousser les limites de la performance des batteries pour les véhicules électriques. « L’électrolyte LiGas utilise des gaz non toxiques et non corrosifs qui sont liquéfiés sous des pressions modérées et peuvent être contenus dans des boîtes de cellules cylindriques standard », explique ARPA-E.

« La technologie a démontré d’excellentes performances dans les cellules conventionnelles graphite/lithium-nickel-manganèse-cobalt-oxyde et offre de nombreuses opportunités de réduction des coûts », ajoute ARPE-E.

ARPA-E a remporté le prix en janvier, et il est prévu que South 8 travaille avec une partie prenante de premier plan dans le domaine des véhicules électriques au cours des trois prochaines années pour intégrer l’énergie au gaz liquéfié dans le courant dominant.

Apparemment, l’armée n’attend pas que l’herbe pousse, et pour cause. Si tout se passe comme prévu, le mashup NanoGraf – South 8 entraînera une amélioration significative des performances et de la sécurité des soldats lors des missions.

« L’électrolyte de gaz liquéfié améliore la sécurité, augmente la densité énergétique, atteint des performances par tous les temps, permet une capacité de charge rapide et réduit les coûts tout en étant compatible avec la production existante de cellules lithium-ion ou les processus de fabrication et les chaînes d’approvisionnement de la giga-usine », s’enthousiasme South 8. « LiGas® rend les batteries lithium-ion plus sûres en supprimant le risque d’emballement thermique, car le gaz liquéfié inoffensif peut être évacué en toute sécurité. »

Les électrolytes de gaz liquéfiés sont nouveaux dans le radar CleanTechnica, nous avons donc du rattrapage à faire.

Un développement clé dans le domaine est apparu en 2017, dans le laboratoire de Shirley Meng à la Jacobs School of Engineering de l’Université de Californie à San Diego. Meng, qui est également conseiller officiel de South 8, est crédité en tant qu’auteur principal d’une étude sur les électrolytes de gaz liquéfiés publiée dans la revue Science le 15 juin 2017, sous le titre « Électrolytes de gaz liquéfiés pour dispositifs de stockage d’énergie électrochimique ».

Les auteurs expliquent que l’anode et la cathode dans les dispositifs de stockage d’énergie sont séparées pour éviter les courts-circuits, et cela est vrai pour les électrolytes liquides et solides. S’appuyant sur des travaux antérieurs, ils démontrent qu’une séparation similaire peut se produire dans les gaz d’hydrocarbures fluorés qui sont liquéfiés sous pression. « Bien qu’un certain nombre de solvants potentiels aient été explorés, la présente étude se concentre sur l’utilisation d’hydrofluorocarbures, qui sont non toxiques et ont des liaisons chimiques relativement fortes, permettant une large fenêtre électrochimique », notent-ils.

« Les électrolytes montrent une excellente stabilité dans les batteries et les condensateurs, en particulier à basse température », concluent-ils.

L’été dernier, une équipe basée au laboratoire Meng a publié une nouvelle étude dans la revue Nature Energy, dans laquelle ils ont décrit « une voie vers des batteries lithium-métal durables et résistantes à la température avec des propriétés d’extinction d’incendie qui maintiennent des performances électrochimiques de pointe ».

Vous pouvez obtenir tous les détails de Nature Energy sous le titre « Électrolytes de gaz liquéfiés recyclables pour batteries lithium-métal résilientes à la température ». Le blog de la Jacobs School offre également des informations intéressantes sur la façon dont la nouvelle étude est née d’une discussion entre le doctorant Yijie Yin et un autre étudiant diplômé, Yangyuchen Yang, qui partagent le crédit du premier auteur de l’étude.

La discussion a porté sur une efficacité majeure de l’électrolyte résultant des travaux de 2017. "... l’électrolyte LGE n’est pas encore « parfait », car la pression de vapeur saturée des molécules utilisées est élevée et, comme la plupart des électrolytes, il est toujours inflammable, ce qui rend la sécurité et la protection environnementale du système irrationnelles », explique l’affiche du blog Jacobs.

Dans la recherche d’une solution ininflammable, les chercheurs ont choisi deux molécules de gaz qui sont les principaux ingrédients de certains types d’extincteurs, à savoir le 1,1,1,2 tétrafluoroéthane et le pentafluoroéthane.

Pendant ce temps, les nouvelles batteries portables ne sont qu’un aspect de la recherche par l’armée des solutions de stockage d’énergie du futur. L’armée investit également dans de nouvelles formes de systèmes de stockage d’énergie à grande échelle et de longue durée pour assurer la sécurité énergétique de ses installations. Cela inclut également les batteries à flux.

Les véhicules électriques et les batteries de véhicules électriques sont un autre centre d’attention de l’armée américaine et du ministère de la Défense. Ils jettent un large filet, y compris les constructeurs automobiles traditionnels avec des ambitions de véhicules électriques comme GM ainsi que les startups.

Parmi les candidats figurent Canoo, fabricant d’une plate-forme électrique étrange en forme de losange mais polyvalente, et Lucid Motors, qui aurait signé une initiative du ministère de la Défense visant à établir une plate-forme standard et interchangeable pour les batteries de véhicules électriques.

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Photo (recadrée) : L’armée américaine cherche à améliorer les systèmes de stockage d’énergie portables pour alimenter les appareils électroniques des soldats en mission (avec l’aimable autorisation de l’armée américaine).

Tina se spécialise dans la durabilité militaire et d’entreprise, la technologie de pointe, les matériaux émergents, les biocarburants et les questions relatives à l’eau et aux eaux usées. Les opinions exprimées sont les siennes. Suivez-la sur Twitter @TinaMCasey et Spoutible.

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