Dans le numéro récemment publié de Nature, un article intitulé "Tenyearslefttoredesignlithium-ionbatteries" soulignait que l'évolution des performances et du prix des batteries lithium-ion ralentissait. Si nous n'augmentons pas la recherche sur les matériaux d'électrode à base de fer, de cuivre et d'autres matériaux en abondance, le développement à grande échelle de véhicules électriques sera limité.
Les voitures électriques ont besoin de batteries puissantes, légères et abordables, le meilleur choix étant les batteries lithium-ion commerciales: elles sont relativement compactes et stables, mais elles sont encore trop encombrantes et coûteuses pour être largement utilisées.
Vingt ans, les performances des batteries rechargeables au lithium-ion a augmenté de façon constante. La taille de la capacité de l'énergie stockée dans la batterie est plus que triplé, passant de 200 watts par litre (Wh-1) a augmenté à 700 watts (Wh-1 ). le coût en baisse de 30 fois, a chuté à environ 150 $ par kilowatt-heure, mais cela est encore supérieure à 100 kilowatts-heures par dollar des objectifs d'accessibilité fixés par le Département américain de l'énergie pour les véhicules électriques (50-100 de kWh) pour la batterie est assez forte, mais pèse encore environ 600 kg, prend 500 litres d'espace.
Grâce à la technologie traditionnelle approche des limites fondamentales, le rythme des progrès technologiques ralentit la quantité de charge dans la structure cristalline de gap du matériau d'électrode peuvent être stockés à proximité de la croissance du marché maximum théorique prévu ne réduira pas sensiblement les prix - le marché a été grande .
Les chercheurs ont averti que le cobalt, le nickel et d’autres substituts de métaux rares devaient être trouvés le plus rapidement possible pour répondre à la demande croissante de batteries de véhicules électriques, leur raréfaction entraînant une hausse des prix: Le prix du métal a quadruplé, passant de 22 dollars le kilogramme à 81 dollars le kilogramme, et les scientifiques et les ingénieurs sont invités à développer des métaux peu coûteux, tels que le fer et le cuivre. Alternatives potentielles.
Les chercheurs affirment que les batteries lithium-ion fonctionnent en déplaçant les ions lithium entre les deux électrodes.Le courant de décharge ionique de l’anode à la cathode alimente la voiture et lorsque la batterie est chargée, les ions lithium vont se désagréger.
Dans les batteries commerciales utilisées aujourd'hui pour les véhicules électriques, les ions lithium sont stockés dans le cristal constituant l'électrode de fente de minute (que l'on appelle des cristaux d'électrode d'intercalation). L'anode est généralement en graphite, la cathode est constituée d'un oxyde métallique le matériau pour les électrodes, en particulier les métaux précieux, tels que le cobalt et le nickel, à la fois rares et coûteux.
A notre avis, la solution la plus prometteuse consiste à utiliser un matériau de conversion dans l'électrode. Cuivre, du fer, du fluorure et des ions de lithium réagissent avec le silicium. Autre le métal de transition dans la cathode peut accueillir cathode 6 fois plus que les atomes standards de lithium ce matériau se dilate plus pour accueillir plus d'atomes de lithium.
En l’absence de changement, la demande dépassera la production dans 20 ans, et nous prévoyons que le prix du cobalt augmentera d’ici 2030 et que le prix du nickel augmentera en 2037 ou avant.
Les constructeurs automobiles et le gouvernement s'attendent à produire 10 à 20 millions de véhicules électriques par an d'ici 2025. Si chaque batterie de voiture nécessite 10 kg de cobalt, d'ici 2025, les voitures électriques auront besoin de 100 000 à 200 000 tonnes de cobalt par an - - Il s’agit de la majorité de la production mondiale actuelle, de même que 400 000 à 800 000 tonnes de nickel par an, soit 20 à 40% des métaux utilisés actuellement. Plus d'électricité
D'ici 2050, la production de 50 à 80 millions de véhicules électriques par an nécessitera entre 500 000 et 800 000 tonnes de cobalt, ce qui dépassera largement la capacité minière actuelle d'ici 2030. De même, d'ici 2050, la demande de nickel sera Augmenter 2 à 3 fois: au milieu des années 1930, la pénurie de nickel sera évidente.
Les batteries au lithium-ion ont une durée de vie de 15 à 20 ans, soit trois fois la durée de vie des batteries au plomb en cinq à sept ans. Mais une augmentation des coûts de traitement fera grimper les prix Une fois que l'offre aura atteint son maximum, nous estimons que le prix des batteries de voitures électriques pourrait augmenter de plus de 1 000 dollars. Cependant, des matériaux cathodiques qui utilisent moins de cobalt sont en cours de développement, se dégradant plus rapidement et nécessitant un remplacement plus fréquent.
