Premier concept mondial de batteries rechargeables à base de ciment

Premier concept mondial de batteries rechargeables à base de ciment

Imaginez un bâtiment en béton entier de vingt étages qui peut stocker de l’énergie comme une batterie géante. Grâce à une recherche unique de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède, une telle vision pourrait un jour devenir réalité. Des chercheurs du Département d’architecture et de génie civil ont récemment publié un article décrivant un nouveau concept de batteries rechargeables – en ciment. Crédit: Yen Strandqvist / Université de technologie Chalmers

Imaginez un bâtiment en béton entier de 20 étages qui peut stocker de l’énergie comme une batterie géante. Grâce à une recherche unique de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède, cette vision pourrait un jour devenir réalité. Des chercheurs du Département d’architecture et de génie civil ont récemment publié un article décrivant un nouveau concept de batteries rechargeables en ciment.

Le besoin sans cesse croissant de matériaux de construction durables pose de grands défis aux chercheurs. Le docteur Emma Zhang, anciennement de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède, a rejoint le groupe de recherche du professeur Luping Tang il y a plusieurs années pour rechercher les matériaux de construction du futur. Ensemble, ils ont maintenant développé un premier concept mondial de batterie rechargeable à base de ciment.

Le concept implique un mélange à base de ciment avec de petites quantités de fibres de carbone courtes ajoutées pour augmenter la conductivité et la résistance à la flexion. Un treillis en fibre de carbone revêtu de métal est incorporé dans le mélange: du fer pour l’anode et du nickel pour la cathode. Après de nombreuses expérimentations, c’est le prototype que les chercheurs présentent maintenant.

«Les résultats d’études antérieures portant sur la technologie des batteries en béton ont montré des performances très faibles, nous avons donc réalisé que nous devions sortir des sentiers battus pour trouver une autre façon de produire l’électrode. Cette idée particulière que nous avons développée – qui est également rechargeable – a n’a jamais été explorée auparavant. Maintenant, nous avons une preuve de concept à l’échelle du laboratoire », explique Emma Zhang.

Les recherches de Luping Tang et Emma Zhang ont produit une batterie rechargeable à base de ciment avec une densité d’énergie moyenne de 7 wattheures par mètre carré (ou 0,8 wattheures par litre). La densité énergétique est utilisée pour exprimer la capacité de la batterie, et une estimation modeste est que les performances de la nouvelle batterie Chalmers pourraient être plus de 10 fois supérieures à celles des tentatives précédentes de batteries en béton. La densité d’énergie est encore faible par rapport aux batteries commerciales, mais cette limitation pourrait être surmontée grâce à l’énorme volume auquel la batterie pourrait être construite lorsqu’elle est utilisée dans les bâtiments.

Une clé potentielle pour résoudre les problèmes de stockage d’énergie

Le fait que la batterie soit rechargeable est sa qualité la plus importante, et les applications qui pourraient en résulter si le concept est développé davantage seraient révolutionnaires. Le stockage d’énergie est une possibilité évidente, la surveillance en est une autre. Les chercheurs voient des applications qui pourraient aller de l’alimentation des LED à la fourniture de connexions 4G dans les zones reculées ou à la protection cathodique contre la corrosion dans les infrastructures en béton.

Premier concept mondial de batteries rechargeables à base de ciment

Un prototype de la batterie développé par les chercheurs. Crédit: Université de technologie Chalmers

«Il pourrait également être couplé à des panneaux de cellules solaires, par exemple, pour fournir de l’électricité et devenir la source d’énergie des systèmes de surveillance des autoroutes ou des ponts, où des capteurs actionnés par une batterie en béton pourraient détecter des fissures ou de la corrosion», suggère Emma Zhang.

Le concept d’utilisation des structures et des bâtiments de cette manière offrirait une solution alternative à la crise énergétique en assurant un grand volume de stockage d’énergie.

Le béton, qui est formé en mélangeant du ciment avec d’autres ingrédients, est le matériau de construction le plus couramment utilisé au monde. Du point de vue de la durabilité, c’est loin d’être idéal, mais le potentiel d’ajouter des fonctionnalités d’alimentation pourrait offrir une nouvelle dimension. Emma Zhang dit: «Nous avons une vision qu’à l’avenir, cette technologie pourrait permettre des sections entières de bâtiments à plusieurs étages en béton fonctionnel. Considérant que toute surface en béton pourrait avoir une couche de cette électrode intégrée, nous parlons d’énormes volumes de béton fonctionnel. « 

Des défis subsistent avec les aspects de la durée de vie

L’idée est encore à un stade très précoce. Les questions techniques qui restent à résoudre avant la commercialisation de la technique comprennent l’allongement de la durée de vie de la batterie et le développement de techniques de recyclage. «Étant donné que les infrastructures en béton sont généralement construites pour durer 50, voire 100 ans, les batteries devraient être affinées pour correspondre à cela, ou être plus faciles à échanger et à recycler lorsque leur durée de vie est terminée. Pour le moment, cela représente un défi majeur. d’un point de vue technique », explique Emma Zhang.

«Nous sommes convaincus que ce concept contribue grandement à permettre aux futurs matériaux de construction d’avoir des fonctions supplémentaires telles que les sources d’énergie renouvelables», conclut Luping Tang.


Les batteries aluminium-anode offrent une alternative durable


Plus d’information:
Emma Qingnan Zhang et al, batterie en béton rechargeable, Bâtiments (2021). DOI: 10.3390 / bâtiments11030103

Fourni par l’Université de technologie Chalmers

Citation: Premier concept mondial de batteries rechargeables à base de ciment (2021, 18 mai) récupéré le 18 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-world-concept-rechargeable-cement-based-batteries.html

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