Technologie de batterie aluminium-air : alimenter les véhicules électriques avec de la ferraille d'aluminium

Réflexion latérale pour résoudre les limites des véhicules électriques

Les véhicules électriques ont pris d’assaut le marché automobile, des pays comme la Chine et la Norvège bénéficiant déjà d’une forte pénétration du marché. Dans le même temps, l’adoption des véhicules électriques reste à la traîne dans de nombreux pays en raison de quelques limitations clés :

• Gamme basse pour les modèles EV moins chers.
• Une vitesse de charge lente qui, combinée à une charge régulière en raison de la faible autonomie, peut rendre les déplacements sur de longues distances difficiles.
• Inquiétudes quant à la capacité des réseaux électriques à gérer l’ajout de millions de nouveaux véhicules électriques.

Les deux premiers problèmes, l’autonomie et la vitesse de charge, sont des problèmes que l’industrie tente de résoudre avec de nouvelles compositions chimiques de batterie, ainsi qu’un réseau de stations de charge plus rapide et plus dense. Mais cela reste un problème difficile à résoudre. Nous avons détaillé toutes les pistes potentielles pour de nouvelles batteries dans notre article «L’avenir du stockage d’énergie – Technologie des batteries à l’échelle industrielle ».

Les problèmes de réseau sont aggravés par l’intermittence de la production d’énergie renouvelable. Une vague de recharges de véhicules électriques le soir, lorsque les gens rentrent du travail et des déplacements domicile-travail, n’est pas la bienvenue alors que l’énergie solaire est déjà hors de propos.

Mais un nouveau concept pourrait résoudre tous ces problèmes d’un seul coup. Et si, au lieu de choisir entre ICE (moteur à combustion interne) et combustible fossile liquide ou VE et batteries, nous pouvions « ravitailler » les VE avec un carburant entièrement recyclable ?

Le potentiel énergétique de l’aluminium

L'aluminium est un élément très répandu sur Terre. C'est même le métal le plus répandu, devant le fer, et il constitue 8 % de la croûte terrestre. Sa production nécessite également une grande quantité d'électricité, du minerai de bauxite brut à l'alumine, puis à l'aluminium métal. C'est pourquoi l'aluminium est parfois qualifié d'« électricité gelée ».

Sous son apparence ordinaire et placide, l’aluminium peut être un métal très réactif dans les bonnes circonstances et a été utilisé dans des feux d’artifice ; la poudre d'aluminium alimentait même les propulseurs à poudre de la navette spatiale. En fait, l'aluminium est 2.5 fois plus dense énergétiquement que le diesel ou l'essence. Entrez dans les batteries Aluminium-Air.

Piles aluminium-air stocker et produire de l’électricité grâce à l’oxydation et à la réduction de l’aluminium. Il fait réagir l'aluminium métallique avec l'air et offre l'une des densités énergétiques les plus élevées de toutes les technologies de batterie actuellement disponibles. Il peut être huit fois plus léger et quatre fois plus petit que le lithium-ion.

Les batteries aluminium-air ne doivent pas être confondues avec Batteries aluminium-ion, qui sont similaires au lithium-ion, utilisant simplement un métal différent.

Source : Energy Post

Avantages aluminium-air

Comme la cathode est constituée uniquement d’oxygène provenant de l’air ambiant, il n’est pas nécessaire d’avoir une cathode métallique, ce qui rend la batterie beaucoup plus légère que ses concurrentes.

Un autre avantage est qu’il s’agit essentiellement d’un « moteur électrique » consommant de l’aluminium au lieu de l’huile et ne perd pas de tension lors de la décharge comme le font les systèmes de batterie.

La limitation est que cela consomme de l'aluminium et ne peut pas être rechargé en branchant simplement la batterie. Ainsi, ses principes ressemblent davantage à une pile AA ordinaire qu’à une pile lithium-ion. Ainsi, il nécessite un système d'échange de batterie, prenant environ 90 secondes, au lieu d'un ravitaillement en carburant liquide ou d'une recharge électrique de 10 à 15 minutes.

Une alternative peut également être d'utiliser un mix de batteries Aluminium-Air + batteries rechargeables, permettant une utilisation flexible de la recharge directe ou de la motorisation aluminium selon les besoins, à l'instar d'un véhicule hybride, mais sans énergie fossile.

Avantages des infrastructures

Un élément important en faveur des batteries aluminium-air est qu’il existe déjà une industrie bien établie, efficace et développée pour le recyclage de l’aluminium – quelque chose qui manque encore cruellement aux batteries lithium-ion.

Cela signifie également que pour s'approvisionner en matériau de base, l'industrie des batteries aluminium-air pourrait s'approvisionner à partir de déchets d'aluminium récupérés dans d'anciens bâtiments, machines ou avions et produire de l'énergie simultanément. Dans l’ensemble, le système ne nécessite aucune ressource critique/polluante/coûteuse comme le lithium, le nickel, le cobalt ou les minéraux de terres rares.

Comme mentionné ci-dessus, l’échange de batterie signifie également qu’il n’y a aucune pression sur le réseau électrique pour que la recharge soit effectuée instantanément lorsque les véhicules électriques arrivent à la station de recharge/essence. Au lieu de cela, la régénération de l’aluminium et la recharge des batteries peuvent se faire avec de l’énergie renouvelable lorsqu’elle est produite en surplus.

Enfin, non seulement l’aluminium métallique peut être régénéré avec de l’énergie verte lorsque cela est pratique, mais il peut également être facilement stocké sans trop de frais, car il s’agit d’un métal solide stable et non toxique qui ne s’oxyde pas beaucoup. Ainsi, l’énergie peut être stockée dans des stocks d’aluminium pendant de longues périodes, à un coût de stockage bien inférieur à celui des batteries, de l’ammoniac ou de l’hydrogène.

Le transport en vrac de l’aluminium ne nécessite pas non plus d’infrastructure spécifique comme le fait l’hydrogène et peut être effectué par des camions ou des trains ordinaires.

Coût de l'aluminium - Source : RiAlAiR

Inconvénients des batteries aluminium-air

Une limitation des batteries Aluminium-Air est la nécessité d’un réseau dense de stations d’échange de batteries. En raison du problème du manque de standardisation des véhicules électriques et des coûts liés à la construction d’un réseau suffisamment dense, l’échange de batteries a souvent été une idée ratée. Cela a encore moins de chances de réussir pour les concepts de batteries traditionnels, car l'industrie des véhicules électriques s'oriente vers des « batteries structurelles » intégrées dans le châssis du véhicule.

Certaines entreprises (voir ci-dessous) travaillent sur l'échange de batteries contre des batteries aluminium-air pour qu'il soit réalisable à la main, réduisant considérablement la complexité technologique et le besoin d'une station d'échange de batteries coûteuse, avec des automates de livraison plus simples, comme pour les bouteilles de propane, assez à faire. le travail à la place. Dans tous les cas, une infrastructure de collecte et de reconstruction/rechargement des batteries usagées devra être mise en place.

Dans l’ensemble, le concept n’est pas nouveau et a été envisagé pour la première fois dans les années 1960. A l’époque la toxicité de l’électrolyte bloquait les progrès de cette technologie. D'autres problèmes techniques peuvent également être importants, principalement liés à la cathode à air :

« L’efficacité lente de la réaction de réduction de l’oxygène constitue un obstacle à son application. D’autres problèmes incluent la réaction du CO2 avec l’électrolyte alcalin produisant des précipités de carbonate, l’évaporation de l’eau à l’air libre [dessèchement de l’électrolyte] et la pénétration de l’électrolyte dans les pores de la cathode à air. – Source: Logistique automobile

Entreprises Aluminium-Air

1. La puissance d'Aluma

Aluma Power est une entreprise canadienne situé sur les terres de la Première Nation Aamjiwnaang.

Aluma Power envisage un rendement de cycle complet de 43 % et de 700 % lorsque l'aluminium est d'abord utilisé pour d'autres applications telles que la construction de charpentes de voitures, de bâtiments, d'avions, de serres, de bateaux, etc., avant d'être recyclé en carburant.

Source: Aluma

L'approche unique d'Aluma Power consiste à privilégier une méthode mécanique pour atténuer les limites des batteries aluminium-air, comme la corrosion et l'usure de l'anode, en faisant tourner l'anode. Cette conception peut utiliser n'importe quel déchet d'aluminium, y compris des blocs moteurs fondus ou des canettes de soda. Elle est documentée. dans le brevet américain US10978758B2.

Le disque de carburant peut être changé en quelques minutes et dure jusqu'à 130 heures de consommation.

Source: Aluma

La société affirme que son système de disques permet des coûts d'investissement inférieurs de 70 % à ceux des opérateurs historiques et des coûts de main-d'œuvre inférieurs pour le « stockage en tant que service ».

2. Métalélectrique SAS & MAL Recherche & Développement

Métalélectrique en France et sa filiale au Royaume-Uni MAL développent des batteries Aluminium-Air. La propriété intellectuelle clé de la société est une chimie électrolytique exclusive qui est censée réduire les problèmes de corrosion des anodes et de blocage des pores.

Le site Web de l'entreprise est un peu vide, avec principalement quelques liens vers des articles d'actualité et l'annonce d'une future sortie de produit en 2024. Cela pourrait être un peu inquiétant, compte tenu de une annonce précédente pour un lancement au quatrième trimestre 4.

L'entreprise semble se concentrer sur 3 concepts de produits différents :

• Un prolongateur d'autonomie de 300 milles pour les véhicules électriques, un sujet en discussion avec 2 très grands constructeurs automobiles.
• Une batterie EV d’une autonomie de 1,500 XNUMX milles. MAL a signé un accord de plusieurs millions de livres avec Austin Electric pour la production en masse de ces batteries au Royaume-Uni.
• Kits de conversion à 3,500 XNUMX £ transformer les voitures à carburant ordinaire en hybrides.

MAL affirme que la fabrication de sa batterie ne coûte que 36 $/kWh, contre environ 180 $/kWh pour les batteries lithium-ion. En incluant l’amortissement de la batterie, cela ramènerait le coût de conduite à 0.08 £/mile, au lieu de 0.50 £/mile pour le lithium-ion.

La technologie pourrait également être appliquée aux avions, aux batteries de défense et à l’alimentation à distance sur les îles.

3. RiAlAir

L'entreprise se concentre sur la production de batteries aluminium-air pour l'industrie du bateau et de la pêche. L'entreprise propose un service d'abonnement pour ses batteries, réduisant ainsi les coûts initiaux et contribuant à réduire la pollution et les coûts élevés du carburant.

L’accent mis sur les utilisateurs professionnels de bateaux comme les bateaux de pêche et les bateaux-taxis signifie que l’argument économique d’un carburant moins cher peut faire mouche, et l’analyse de rentabilisation n’a pas besoin de s’appuyer sur des arguments liés à l’énergie verte, mais simplement sur une rentabilité accrue.

Le passage des combustibles fossiles à un bateau à propulsion électrique ouvre également la possibilité de compléter l'approvisionnement énergétique avec des panneaux solaires ou des éoliennes sur le bateau lui-même, augmentant ainsi encore l'économie de carburant et l'autonomie du bateau.

Source : RiAlAiR

Enfin, un groupe motopropulseur électrique est plus efficace pour la propulsion des bateaux, avec 92 % de l'énergie convertie en poussée, contre seulement 35 % pour les bateaux à essence (la différence vient des pertes thermiques et mécaniques des moteurs ICE).

Actuellement, des millions de bateaux de pêche consomment 50 milliards de litres de carburant par an, soit 1.2 % de la consommation mondiale de carburant, la majorité ayant un tonnage inférieur à 20 tonnes et moins de 12 mètres de longueur, principalement situés en Asie. Il existe également 15 millions de bateaux de plaisance qui pourraient potentiellement passer à une propulsion électrique plus écologique.

Source : RiAlAiR

Bien que la propulsion électrique ait été un échec pour la propulsion des bateaux, la limitation a toujours été la densité énergétique des batteries. C’est un problème que les conceptions modernes Aluminium-Air pourraient résoudre, créant potentiellement un marché de niche mais rentable pour ces batteries.

4. Phinergie (PNRG.TA)

Phinergy est la seule société impliquée dans la technologie Aluminium-Air que nous ayons pu trouver et qui soit également cotée en bourse. L’entreprise israélienne développe des batteries à base d’aluminium mais également à base de zinc. Il cible le marché de alimentations de secours, mobilité/VEbauen stockage d'Energie. Il étudie également le potentiel de énergie marine, avec des batteries conteneurisées.

La société a récemment signé un accord pour fournir 300 systèmes de secours à la société de télécommunications indienne Indus Power, ainsi qu'à un test réussi avec Cellnex, une autre entreprise de télécommunications. Elle teste également son système avec une entreprise leader dans le domaine des centres de données cloud.

Il a également montré un prototype de véhicule de tourisme électrique Tata en janvier 2023L'Inde est au centre de la stratégie d'exportation de l'entreprise, ayant signé un accord pour construire un écosystème avec Hindalco Industries Limited, l'un des plus grands fabricants d'aluminium en Inde.

5. Journal9

Cette société indienne est le premier fabricant local de cellules de batterie au lithium-ion, qui produit également son propre système de gestion de batterie. L'entreprise produit des batteries, des ultracondensateurs en graphène et des piles à combustible en aluminium (AFC).

L'entreprise était signalé en 2020 avoir une équipe de 45 personnes travaillant sur les batteries Aluminium-Air. Il a également discuté un prototype de véhicule de livraison du dernier kilomètre capable de parcourir 3,000 XNUMX km avec une seule « charge » en 2021

Plus récemment, l'entreprise semble avoir principalement axé sur les batteries Lithium-Ion à charge rapide, il n'est donc pas clair si ses objectifs pour Aluminium-Air sont atteints, mais la technologie figure toujours en bonne place sur la page d'accueil de son site Web.

Conclusion

Les batteries aluminium-air, ou peut-être les piles à combustible en aluminium seraient un meilleur terme, constituent une alternative très intéressante à l’approche conventionnelle de la technologie des véhicules électriques et des batteries. En fournissant un combustible solide métallique, il pourrait contourner la plupart des obstacles à l’adoption des véhicules électriques, ainsi que résoudre le problème de la gestion de l’intermittence des énergies renouvelables en les « stockant » dans de l’aluminium solide recyclé.

Pour l’instant, la technologie en est encore à ses balbutiements, et aucune des plus grandes entreprises ou fabricants de batteries ne semble y travailler. Cela est dû en partie au concept qui s’écarte radicalement des idées reçues dans l’industrie des véhicules électriques et qui nécessiterait un ensemble de compétences et des processus de fabrication complètement différents.

C’est également parce que la technologie a tendance à échouer à cause des politiques et des subventions vertes, ne répondant ni aux exigences de la technologie des piles à combustible à hydrogène ni aux politiques des batteries rechargeables/VE. Il semble que ce soit le plus bien accueilli en Inde, le pays étant désireux de rattraper la Chine en matière de technologie des batteries et d’énergie verte.