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

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

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Le soldat de l'armée américaine équipé du 21e 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 la dernière tournure, l'armée donne une autre chance aux batteries lithium-ion, mais cette fois avec un nouvel électrolyte à gaz liquéfié.

Les batteries lithium-ion classiques 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 dans la vie moderne, et cette question de crevaison 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 d'écrasement et d'autres impacts potentiels pouvant survenir lors de 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 prêté son concours pour aider la startup 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 démarrer une usine pour sa formule de silicium à Chicago. Maintenant, l'armée poursuit avec un autre financement de 550 000 $, pour connecter la cellule de batterie d'anode en silicium 3,8 Ah 18650 de NanoGraf avec un électrolyte à 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 clous.

"La réussite des tests validera les performances de la cellule à des températures extrêmement froides et maintiendra la capacité et la durée de vie existantes, 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 une attribution de 3,152 millions de dollars à South 8 de l'ARPA-E, le bureau de financement de pointe du département de l'énergie, dans le cadre d'un programme plus large visant à repousser les limites des performances 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 boîtiers de cellules cylindriques standard", explique ARPA-E.

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

L'ARPA-E a remporté le prix en janvier, et le plan est que South 8 travaille avec un acteur de premier plan dans le domaine des véhicules électriques au cours des trois prochaines années pour intégrer l'énergie du 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 se traduira par une amélioration significative des performances et de la sécurité des soldats en mission.

"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 des gigafactory", s'enthousiasme South 8. "LiGas® rend les batteries lithium-ion plus sûres en supprimant le risque d'emballement thermique, puisque le gaz liquéfié inoffensif peut être ventilé en toute sécurité."

Les électrolytes à gaz liquéfié sont nouveaux pour le radar CleanTechnica, nous avons donc du rattrapage à faire.

Un développement clé dans le domaine est apparu en 2017, du laboratoire de Shirley Meng à l'Université de Californie-San Diego Jacobs School of Engineering. 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 "Liquefied gas electrolytes for electrochemical energy storage devices".

Les auteurs expliquent que l'anode et la cathode des 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 présentent 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 auprès de Nature Energy sous le titre "Électrolytes à gaz liquéfié recyclables et ignifuges pour batteries lithium-métal résistantes 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 un déficit majeur de l'électrolyte résultant des travaux de 2017. "… l'électrolyte LGE n'est pas encore" parfait ", car la pression de vapeur saturante des molécules utilisées est élevée et, comme la plupart des électrolytes, il est toujours inflammable, ce qui rend la sécurité et la protection de l'environnement du système irrationnelles", a expliqué l'affiche du blog Jacobs.

Dans la recherche d'une solution ininflammable, les chercheurs se sont arrêtés sur 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 de l'armée pour les 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 hérités avec des ambitions de VE comme GM ainsi que des startups.

Parmi ceux qui sont en lice figurent Canoo, fabricant d'une plate-forme électrique en forme de losange étrange 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 est à la recherche de systèmes de stockage d'énergie portables améliorés pour alimenter les appareils électroniques des soldats en mission (avec l'aimable autorisation de l'armée américaine).

Tina est spécialisée dans la durabilité militaire et d'entreprise, les technologies de pointe, les matériaux émergents, les biocarburants et les problèmes d'eau et d'eaux usées. Les opinions exprimées sont les siennes. Suivez-la sur Twitter @TinaMCasey et Spoutible.

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