Une percée dans le stockage d’énergie : le supercondensateur auto‑chargeable établit de nouvelles normes d’efficacité énergétique

La première semaine de 2025 a vu les actions solaires connaître une belle hausse alors que Tesla (TSLA ) a annoncé ses déploiements records de stockage d’énergie.

En 2024, la société de voitures électriques, dont la division de stockage d’énergie produit des batteries résidentielles et commerciales pour stocker l’énergie solaire, a déployé 31,5 gigawattheures de produits de stockage d’énergie, tandis que près de 35 % (11 GWh) ont été distribués uniquement au quatrième trimestre 2024.

Le fabricant chinois de batteries Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), qui fournit des cellules de batterie à Tesla, a également lancé son propre système de stockage d’énergie massivement producible appelé TENER l’année dernière. Le système possède une capacité de 6,25 MWh et une densité énergétique de 430 Wh/L tout en atteignant une dégradation nulle sur cinq ans.

Ces importantes avancées dans le domaine du stockage d’énergie sont d’une importance cruciale en raison de la demande croissante d’énergie. Cette demande est alimentée par la croissance de la population mondiale, l’urbanisation, la croissance économique et les progrès technologiques. La demande mondiale d’électricité, selon l’IEA, devrait en fait augmenter à un rythme plus rapide au cours des trois prochaines années. Elle croîtra en moyenne de 3,4 % par an jusqu’en 2026.

Ici, les systèmes de stockage d’énergie peuvent aider à répondre à la demande croissante en soutenant l’alimentation électrique du réseau, la transmission et les systèmes de distribution. En adoptant des mécanismes de stockage, les opérateurs du réseau assurent la résilience et la fiabilité du réseau. Cela élimine également la dépendance aux options à forte empreinte de gaz à effet de serre (GES).

Alors, qu’est-ce que le stockage d’énergie exactement ? Eh bien, c’est ce que le nom indique: stocker l’énergie. La façon dont cela se fait est que l’énergie produite est d’abord capturée puis stockée pour une utilisation ultérieure afin que la demande et l’offre puissent être mieux équilibrées.

Aujourd’hui, l’énergie se présente sous diverses formes: électrique, thermique, cinétique, chimique, radiation et gravitationnelle. Cela signifie que, pour stocker l’énergie, elle doit d’abord être convertie en une forme qui peut réellement être stockée jusqu’à ce qu’elle puisse être reconvertie en énergie électrique.

Une batterie rechargeable est un dispositif de stockage d’énergie courant. Elle se trouve dans votre téléphone. Ces batteries stockent de l’énergie chimique qui se convertit rapidement en électricité. Un autre exemple populaire et précieux est le barrage hydroélectrique. Il exploite l’énergie de l’eau en mouvement, génère de l’électricité et la stocke dans un réservoir.

Les combustibles fossiles sont également un stockage d’énergie. Ils contiennent de l’énergie chimique provenant du soleil, piégée dans les plantes et les animaux qui se sont décomposés il y a des millions d’années. 

Innovation dans le stockage d’énergie

L’énergie est la pierre angulaire de l’économie industrielle moderne. Après tout, elle fournit un ingrédient essentiel à presque toutes les activités humaines, de la cuisine, le chauffage, l’éclairage, la santé, l’éducation et le transport à la production alimentaire, la production industrielle et l’extraction minière. Étant donné l’importance cruciale de l’énergie pour la civilisation humaine, le stockage d’énergie fait l’objet d’une grande attention. 

Le stockage d’énergie thermique (TES) est un type qui comprend le stockage à l’état solide, liquide‑air et à sel fondu. L’avantage unique de cette technologie est le découplage de la demande de chauffage et de refroidissement de la production d’énergie immédiate et de la disponibilité de l’approvisionnement.

Le stockage d’énergie par air comprimé est une autre façon de stocker l’énergie ; l’air est comprimé dans des réservoirs lorsque la demande d’électricité est faible et libéré lorsque la demande est élevée. 

Le stockage d’hydrogène, quant à lui, est une technologie émergente de stockage d’énergie. Plus récemment, la Chine a connecté son plus grand projet intégré photovoltaïque (PV)-stockage d’hydrogène dans la province du Jiangsu au réseau et a démarré la production d’électricité. Cette installation offshore combine production d’hydrogène, génération d’énergie PV, ravitaillement et stockage d’énergie. Il est prévu de réduire les émissions de CO2 d’environ 309 400 tonnes par an, 1 125,3 tonnes de dioxyde d’azote et 562,6 tonnes de dioxyde de soufre.

Les batteries transforment le stockage d’énergie. Elles mènent la transition vers un système énergétique durable. En pleine croissance dans leur domaine, elles dominent le secteur de l’énergie. Et grâce à une innovation continue, elles deviennent plus intelligentes, meilleures et moins chères.

Dans une recherche révolutionnaire datant de quelques années, qui a été en cours depuis près d’une décennie, des scientifiques de l’Université technologique de Chalmers et du KTH Royal Institute of Technology en Suède ont créé une batterie structurale 10 fois meilleure que dans toute expérience précédente. Une batterie structurale est un dispositif de stockage d’énergie capable de supporter du poids en tant que partie d’une structure. 

Pour leur batterie, les scientifiques ont superposé un « tissu » de verre tampon entre une électrode positive et une électrode négative, l’ont remplie d’un électrolyte polymère de pointe, puis l’ont cuite au four, aboutissant à une cellule de batterie robuste et plate avec une densité énergétique de 24 Wh/kg, une rigidité de 25 GPa et capable de résister à des essais de traction dans toutes les directions. Cette batterie structurale « sans masse » trouve principalement son application dans les voitures électriques, mais peut également être utilisée dans les vélos électriques, les satellites, les ordinateurs portables et les avions.

Actuellement, les chercheurs se concentrent sur l’amélioration supplémentaire de la batterie, bien que la commercialisation n’ait pas encore été réalisée.

Afin de créer de meilleures solutions, les chercheurs se penchent désormais sur les systèmes d’alimentation auto‑chargeants. Ces systèmes captent l’énergie et la stockent, ce qui les rend très bénéfiques dans la prochaine ère technologique, qui sera marquée par la technologie 5G, l’Internet des objets (IoT) et l’intelligence artificielle (IA).

Ces dispositifs de stockage d’énergie auto‑chargeants peuvent fournir une énergie stable, autonome et durable pour la prochaine révolution industrielle.

Jusqu’à présent, de nombreuses tentatives ont été faites pour intégrer différentes technologies de récupération d’énergie aux dispositifs de stockage d’énergie. Cela inclut les cellules solaires, les générateurs thermoélectriques,  les nanogénérateurs triboélectriques (TENG) et les nanogénérateurs piézoélectriques (PENG). 

Dans une nouvelle recherche, des scientifiques ont construit un dispositif de stockage d’énergie auto‑chargeant haute performance capable de stocker efficacement l’énergie solaire.

Le nouveau dispositif améliore considérablement les performances des supercondensateurs existants en utilisant des matériaux d’électrode basés sur des métaux de transition. Les chercheurs ont en outre créé une nouvelle technologie de stockage d’énergie en combinant des supercondensateurs avec des cellules solaires pour atteindre des performances élevées.

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Dispositifs de stockage d’énergie auto‑chargeants

Pour répondre à la demande de dispositifs énergétiques de prochaine génération à haute capacité qui répondent à la consommation énergétique mondiale croissante et à la dépendance accrue aux appareils électroniques portables et intelligents, les dispositifs auto‑chargeants ont émergé comme une solution d’alimentation durable et autonome.

Un tel dispositif qui capte et stocke l’énergie solaire est le photo‑supercondensateur, qui combine des cellules solaires et des supercondensateurs. Les cellules solaires en silicium convertissent l’énergie solaire en énergie électrique, et un supercondensateur stocke cette énergie. 

Dans la dernière étude, qui a été soutenue par la bourse de la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF) financée par le gouvernement coréen (MSIT) et par le programme R&D de DGIST, les chercheurs ont présenté un nouveau dispositif de stockage d’énergie auto‑chargeant qui combine des cellules solaires en silicium et des supercondensateurs à métaux de transition binaires.

La technologie photovoltaïque (PV) en silicium cristallin, qui est la technologie PV la plus largement utilisée, est en fait un outil prometteur de stockage d’énergie renouvelable, selon ITRPV, qui a rapporté que cette technologie représente jusqu’à 95 % du total de 135 GW installés en 2022. 

Par ailleurs, parmi les dispositifs d’énergie solaire, ceux à base de silicium gagnent beaucoup d’adhésion en tant que source d’énergie dominante pour le futur. Cela est dû à leur haute efficacité de conversion énergétique, leur stabilité prolongée, leurs matériaux abondants, leur non‑toxicité et à une technologie de production établie qui facilite l’évolutivité.

Quant aux supercondensateurs, ils sont utilisés comme candidats prometteurs pour alimenter des dispositifs haute performance grâce à leur grande fiabilité, leur haute densité de puissance, leur longue durée de cycle et leur temps de charge court.

Comme le souligne l’étude, les condensateurs auto‑chargeants sont nécessaires en raison de l’augmentation rapide de l’utilisation des appareils électroniques portables. Cela a créé le besoin d’un système qui peut être chargé rapidement à tout moment et n’importe où. 

Ensuite, il y a la dépendance croissante aux sources d’énergie renouvelable afin de protéger l’environnement et de promouvoir le développement durable. En utilisant l’énergie solaire, les systèmes auto‑chargeants réduisent le besoin de remplacer les batteries tout en permettant un approvisionnement énergétique efficace même dans les zones à accès limité aux réseaux électriques. 

Un autre facteur moteur des condensateurs auto‑chargeants est la capacité de charge et de décharge rapide des supercondensateurs, ce qui les rend très utiles dans les situations d’urgence ou les scénarios où une forte consommation d’énergie est requise.

Un supercondensateur auto‑chargeant haute performance

Compte tenu du besoin de condensateurs auto‑chargeants et de leurs nombreux avantages, la recherche publiée le mois dernier dans la revue Energy a fabriqué un dispositif auto‑chargeant en combinant un supercondensateur avec une cellule solaire en silicium.

Pour concevoir les électrodes, l’équipe de recherche a utilisé un matériau composite à base de carbonate et d’hydroxyde de nickel (Ni). Ensuite, l’équipe a ajouté des ions de métaux de transition tels que le manganèse (Mn), le cobalt (Co), le cuivre (Cu), le fer (Fe) et le zinc (Zn) afin de maximiser la conductivité et la stabilité des électrodes.

Ces ions de métaux de transition permettent à l’équipe de résoudre le problème de réduction de conductivité qui apparaît lorsqu’on n’utilise que des ions de Ni. L’introduction de ces ions métalliques leur a permis de créer des composés binaires comme matériau d’électrode, offrant une haute conductivité électrique, une capacité réversible et une stabilité structurelle.

Cette démarche a considérablement amélioré les performances de l’électrode, montrant des avancées significatives en densité d’énergie et de puissance ainsi qu’en stabilité lors des cycles de charge et de décharge.

En ce qui concerne le stockage d’énergie par unité de poids, l’étude a atteint 35,5 Wh kg⁻¹, dépassant les valeurs (5‑20 Wh kg⁻¹) enregistrées dans les études précédentes. Quant au flux d’énergie par unité, il est de 2555,6 W kg⁻¹, ce qui est encore bien supérieur aux 1000 W kg⁻¹ obtenus dans les études antérieures.

Avec une densité d’énergie et de puissance beaucoup plus élevées, la dernière étude démontre la capacité à libérer rapidement une puissance supérieure. Ainsi, le dispositif de supercondensateur asymétrique peut fournir une alimentation énergétique immédiate, même pour des dispositifs à haute puissance.

Ce n’est même pas tout ; cette haute performance a présenté une dégradation minimale lorsqu’elle a été soumise à des cycles répétés de charge et de décharge, la rendant également adaptée à long terme.

L’équipe a ensuite combiné ce dispositif avec des cellules solaires en silicium, ce qui permet le stockage de l’énergie solaire et son utilisation en temps réel. Cette combinaison a atteint une efficacité de stockage d’énergie aussi élevée que 63 % tandis que l’efficacité générale du dispositif était de 5,17 %, validant son potentiel de commercialisation et contribuant de manière significative à l’avancement de la technologie de stockage d’énergie.

« Cette étude est une réalisation importante, car elle marque le développement du premier dispositif de stockage d’énergie auto‑chargeant de Corée combinant des supercondensateurs avec des cellules solaires. »

– Jeongmin Kim, chercheur principal à la division Nanotechnologie du DGIST

Kim a également souligné qu’en utilisant des matériaux composites à base de métaux de transition, ils ont pu dépasser les limites des dispositifs de stockage d’énergie et créer une solution énergétique durable.

Mais ce n’est pas la fin de l’étude, comme l’a déclaré Damin Lee, chercheur au RLRC de l’Université nationale Kyungpook :

« Nous continuerons à mener des recherches de suivi pour améliorer davantage l’efficacité du dispositif auto‑chargeant et renforcer son potentiel de commercialisation. »

Entreprises actives dans les domaines connexes

Examinons maintenant quelques entreprises qui fournissent et font progresser les solutions de stockage d’énergie.

1. Tesla (TSLA )

Ce fabricant de véhicules électriques est également fortement impliqué sur le marché du stockage d’énergie. Ses produits énergétiques comprennent le Powerwall et le Megapack, qui intègrent des solutions avancées de stockage d’énergie.

Avec une capitalisation boursière de 1,318 billion de dollars, Tesla est la 8ᵉ plus grande entreprise du monde, tandis que son PDG Elon Musk, également impliqué dans X (anciennement Twitter), SpaceX (SPCX ), Neuralink et The Boring Company, est l’homme le plus riche du monde avec une fortune de 437 billion de dollars.

À la date de rédaction, l’action de Tesla se négocie à 412,82 $, en hausse de 1,63 % cette année. Ce démarrage vert de 2025 pour les actions de l’entreprise survient après une année 2024 exceptionnelle, au cours de laquelle ses actions ont bondi d’environ 67 % en valeur. 

Il est intéressant de noter que la majeure partie des gains de Tesla a été réalisée au cours des deux derniers mois de l’année, son cours ayant augmenté de 75 % suite à la victoire du président‑élu Donald Trump aux élections présidentielles américaines de 2025. Musk a en fait été le plus grand donateur du cycle électoral, dépensant au moins 277 million de dollars pour soutenir Trump et d’autres candidats républicains.

Avec l’entrée de Trump en fonction plus tard ce mois-ci, il y aura certainement des développements positifs à venir pour Tesla. Même avant cela, l’entreprise a déclaré avoir produit environ 459 000 véhicules et livré plus de 495 000 unités au quatrième trimestre 2024. Avec cela, la production totale de Tesla pour 2024 s’élève à 1 773 443 véhicules, tandis que les livraisons ont atteint 1 789 226 unités. Cependant, elle a fait face à une concurrence accrue du géant chinois BYD et des constructeurs automobiles traditionnels américains comme Ford.

Les résultats financiers complets du quatrième trimestre 2024, incluant le bénéfice net et les flux de trésorerie, seront annoncés par Tesla le 29 janvier 2025. Au trimestre précédent, l’entreprise a déclaré un chiffre d’affaires de 25,18 billion de dollars et un bénéfice net de 2,17 billion de dollars. Au cours de cette période, le chiffre d’affaires automobile de Tesla a augmenté de 2 % pour atteindre 20 billion de dollars par rapport au troisième trimestre 2023, tandis que son chiffre d’affaires de génération et de stockage d’énergie a bondi de 52 % pour atteindre 2,38 billion de dollars.

Ses déploiements de stockage d’énergie au quatrième trimestre, quant à eux, ont établi un nouveau record à 11,0 GWh et un total inédit de 31,4 GWh pour l’ensemble de l’année. En comparaison, Tesla avait déployé 14,7 GWh de stockage d’énergie l’année précédente, soit le double des chiffres de 2022. De plus, en 2020, les déploiements de stockage d’énergie de Tesla n’étaient que de 3,0 GWh, ce qui indique une augmentation de 10 fois de la capacité de stockage de l’entreprise en seulement quatre ans.

Ces chiffres sont apparus alors que la gigafactory de Tesla à Shanghai a commencé la production d’essai cette semaine, la production de masse étant attendue au début de l’année.

2. Enphase Energy

L’entreprise mondiale de technologie énergétique, qui étend activement sa présence sur les marchés domestiques et internationaux, se spécialise dans les solutions solaires. Cela comprend les micro‑onduleurs, qui convertissent l’énergie solaire en électricité, ainsi que les systèmes de stockage d’énergie pour les applications résidentielles et commerciales.

Avec une capitalisation boursière de 9,74 billion de dollars, les actions ENPH se négocient actuellement à 72,15 $, en hausse de plus de 5 % cette année. Ces gains font suite à une année 2024 décevante, au cours de laquelle ses actions ont chuté de plus de 46 %. Par ailleurs, le pic d’ENPH a été atteint en déc. 2022, lorsque le cours de l’action a atteint 339. Enphase Energy (ENPH ) a un BPA (TTM) de 0,44 et un PER (TTM) de 164,01.

Pour le troisième trimestre 2024, l’entreprise a déclaré un chiffre d’affaires de 380,9 million de dollars. Par région, le chiffre d’affaires aux États‑Unis a augmenté de 43 % par rapport au trimestre précédent, les stocks étant revenus à des niveaux normaux, tandis que le chiffre d’affaires en Europe a diminué de 15 % en raison d’un affaiblissement supplémentaire de la demande. Enphase a expédié un total de 1 731 768 micro‑onduleurs au cours de ce trimestre, ce qui représente 730 MW DC et 172,9 MWh de batteries IQ®.

Pour le quatrième trimestre, Enphase Energy estime son chiffre d’affaires entre 360 million et 400 million de dollars et les expéditions de 140 à 160 MWh de batteries IQ. Le bénéfice net de l’IRA, quant à lui, devrait se situer entre 38 et 41 million de dollars.

La loi Inflation Reduction Act (IRA) a été introduite sous l’administration Biden avec le soutien bipartisan. Le paquet de 369 billion de dollars, qui a été signé en loi en 2022, a fourni des incitations pour les énergies renouvelables via des crédits d’impôt, des subventions et des investissements. Cela a été un facteur déterminant pour le secteur des énergies renouvelables.

À la fin du troisième trimestre, Enphase Energy disposait de 1,77 billion de dollars en liquidités, équivalents de liquidités et titres négociables, tandis que le flux de trésorerie disponible était de 161,6 million de dollars. L’entreprise a quant à elle généré 170,1 million de dollars de flux de trésorerie provenant des opérations.

Pendant cette période, elle a également lancé un logiciel basé sur l’IA pour améliorer la compréhension par ses consommateurs de leur consommation d’énergie et les aider à maximiser leurs économies sur le marché des tarifs énergétiques de plus en plus complexe en intégrant le solaire et l’estimation de la consommation avec les tarifs électriques.

Conclusion

Avec la demande énergétique mondiale qui continue d’augmenter de façon significative, à un rythme plus rapide que jamais, en raison des vagues de chaleur intenses, d’une croissance économique robuste et, bien sûr, de l’adoption croissante de technologies telles que les véhicules électriques et l’IA, il est nécessaire de disposer de solutions de stockage d’énergie capables de répondre à cette demande. 

Ici, le développement de dispositifs de stockage d’énergie auto‑chargeants haute performance représente une avancée majeure dans le progrès de la technologie de stockage d’énergie et la satisfaction de la demande énergétique mondiale. Bien qu’ils ne soient pas encore commercialisés, des innovations comme celles-ci peuvent aider à garantir un approvisionnement énergétique stable et fiable et libérer un vaste potentiel dans l’intégration des énergies renouvelables !

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