Les batteries des voitures électriques dépendent de matériaux critiques tels que le lithium et le cobalt, dont l’extraction est coûteuse, coûteuse et pas vraiment respectueuse de l’environnement. La recherche d’alternatives est donc vitale dans un avenir écrit dans une clé électrique, et nous en trouvons un exemple dans les batteries à base de soufre.
L'un de ses composants les plus efficaces pourrait être le charbon actif, et des chercheurs de l'Université de Cordoue ont trouvé la formule pour le produire à partir d'un déchet abondant dont personne ne veut : les boues d'épuration. Si elle était standardisée, elle résoudrait deux problèmes à la fois, puisqu'on estime qu'un million de tonnes sèches de ces déchets sont générées chaque année en Espagne.
Du purificateur au cœur de la batterie
C'est le travail de chercheurs de l'Institut chimique pour l'énergie et l'environnement (IQUEMA) de l'Université de Cordoue. Loin d'être théorique, ils ont testé leur système à la station d'épuration de Villaviciosa, gérée par EMPROACSA, dans la province de Cordoue. « C'est un grand progrès que nous avons réalisé à partir d'un gaspillage que nous considérions comme problématique », soulignent-ils.
Leurs travaux s'ajoutent à ceux du Département de chimie inorganique et de génie chimique de l'université de Cordoue, qui étudie précisément les batteries lithium-soufre. Ils sont confrontés à des défis tels que l’optimisation d’électrodes qui promettent d’être plus durables et moins coûteuses.
De la station d’épuration des eaux usées au charbon actif. Ce projet s'appuie sur une technologie biologique appelée « Biodisques » et qui est déjà utilisée dans cette station d'épuration. Partant des boues, matière pâteuse et malodorante générée dans la station d'épuration, elles sont soumises à un processus chimique et thermique qui finit par les transformer en charbon actif, la matrice conductrice des batteries au soufre.
Pour ce faire, ils sèchent d’abord les boues puis y ajoutent un agent chimique (potasse) qui modifie leur structure, les transformant en un matériau plus poreux. L'élément obtenu est soumis à un traitement de pyrolyse thermochimique dans un four à 800ºC, ce qui permet de transformer la matière organique en charbon de bois. Dans un broyeur à boulets, ce carbone est mélangé à du soufre, créant ainsi une chimie prête à être incorporée dans les électrodes via le processus habituel de fabrication des batteries.
Des batteries au soufre remplaçant les batteries lithium-ion ? Ce travail, supposent-ils, démontre le potentiel de la manière dont les déchets urbains peuvent devenir des ressources stratégiques pour la transition énergétique. Et cela ouvre la porte à de nouvelles recherches visant à valoriser les boues d’épuration comme matière première pour les technologies de stockage d’énergie à moindre coût.
Les batteries lithium-soufre seraient capables de tripler la capacité de stockage par rapport à une batterie lithium-ion conventionnelle. Et en même temps, ils promettent d’être plus faciles à recycler. Son plus gros problème est la faible conductivité du soufre pour la cathode, qui nécessite des matrices coûteuses. Ce processus qui permet d'obtenir du charbon actif à partir des boues d'épuration est exactement ce qui résout le problème.
Cependant, ces types de batteries sont confrontés à d’autres défis, comme la dégradation de la cathode après de nombreux cycles de charge et de décharge ou encore leur stabilité à long terme. Des travaux de recherche sont donc encore en cours pour que ce type de batteries puisse réellement remplacer les batteries lithium-ion dans les voitures électriques.
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