Comment fonctionnent les batteries à semi-conducteurs ?

La grande différence entre les batteries à semi-conducteurs et les autres types de batteries est l’utilisation d’électrolytes solides, plutôt que les électrolytes liquides utilisés dans d’autres batteries. Les batteries lithium-ion ont connu des avancées technologiques, mais les experts pensent largement que la technologie lithium-ion a atteint les limites de son efficacité. La prochaine étape vers l’avenir nécessite un type de batterie différent, et c’est là que les batteries à semi-conducteurs entrent en jeu.

Les batteries à semi-conducteurs sont plus petites, plus légères et offrent une densité de puissance supérieure à celle des batteries lithium-ion à base d’électrolytes liquides. Le principal défi de leur adoption généralisée a été la recherche d’un électrolyte solide avec une capacité de conduction suffisante pour les grandes batteries, ainsi qu’une méthode de fabrication permettant des économies d’échelle.

Comment fonctionne une batterie ?

Toutes les batteries ont trois parties principales : l’anode, la cathode et l’électrolyte. Une batterie fonctionne parce que les ions chargés veulent voyager de la cathode à l’anode à travers l’électrolyte. Cela se produit parce que les composants de la batterie soigneusement choisis créent une réaction chimique qui produit des électrons libres. En conséquence, une charge positive s’accumule sur la cathode de la batterie. Cela attire les électrons libres chargés négativement de l’anode. Ces électrons libres veulent voyager de l’anode à la cathode. Comme ils le font, ils alimentent votre appareil.

Gardez à l’esprit que les forces électriques et chimiques veulent toujours s’égaliser. Imaginez une batterie chargée comme une bascule inclinée dans une direction. Les charges veulent glisser vers le bas de ce plan jusqu’à ce que la réaction soit égalisée. La recharge ramène tous les ions à leur position de départ. Imaginez que vous chargez en faisant monter notre balançoire déséquilibrée de la métaphore précédente.

Comment les batteries modernes sont-elles meilleures ?

Seuls certains matériaux sont capables de fonctionner comme des batteries, les composants doivent donc être choisis très soigneusement en fonction de leurs propriétés chimiques. En conséquence, faire progresser la technologie des batteries implique soit d’améliorer l’efficacité d’un matériau de batterie existant, soit de découvrir de nouveaux matériaux qui fonctionnent mieux. Et puisque nous avons cherché dans tous les endroits évidents pour améliorer les batteries, nous devons maintenant commencer à chercher sous les rochers de la nanotechnologie et de la science des matériaux. Les batteries à semi-conducteurs sont l’une des découvertes issues de ce processus, utilisant différents électrolytes pour atteindre le même objectif que tout autre type de batterie, mais plus rapidement, moins cher et moins sujettes à l’explosion.

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L’électrolyte le mieux placé pour remplacer les batteries lithium-ion est un électrolyte en verre à base de sodium. Selon les chercheurs, un électrolyte de verre produit une batterie avec une densité énergétique trois fois supérieure à celle d’une batterie lithium-ion. Le sodium nécessaire à la fabrication de ces batteries est abondant. Cela réduit considérablement l’impact écologique de la production de batteries.

Comment les batteries à semi-conducteurs sont-elles meilleures?

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Les batteries à semi-conducteurs améliorent les batteries lithium-ion en utilisant un électrolyte solide à la place d’un électrolyte liquide ou polymère. Il se trouve que ce changement améliore presque toutes les caractéristiques de la batterie. Les batteries à semi-conducteurs cochent toutes les cases de notre technologie de batterie fantastique. Ils sont légers, ont un faible impact environnemental, utilisent de nombreux composants, sont moins susceptibles de prendre feu et offrent plus de puissance.

Le seul problème est le processus de fabrication. Nous cherchons toujours à fabriquer ces batteries à moindre coût et à grande échelle. À l’heure actuelle, les batteries à semi-conducteurs sont trop chères pour une adoption généralisée. Heureusement, nous sommes très doués pour trouver de nouvelles façons de rendre les choses plus efficaces. Les batteries à semi-conducteurs devraient à terme céder la place à des économies d’échelle et être largement adoptées.

Quelles sont les utilisations des batteries à semi-conducteurs?

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Les batteries à semi-conducteurs peuvent améliorer à peu près tous les appareils contenant une batterie. Ils sont particulièrement attrayants pour les constructeurs de voitures électriques. Des entreprises comme Tesla conçoivent essentiellement une voiture autour de la batterie. C’est le composant le plus important, définissant la plupart des caractéristiques de la voiture. Les analystes de l’industrie prédisent que la voiture électrique ne sera largement adoptée que lorsque la distance parcourue entre les charges atteint ou dépasse celle des voitures à essence. Les batteries à semi-conducteurs pourraient bien être le billet pour cet avenir.

Crédit image : Batterie avec séparateur polymère

Moyens Staff
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