Batteries, supercondensateurs et piles à combustible

Batteries

Une batterie se compose d’électrodes (cathode (+) et anode (-)), d’un électrolyte conducteur et d’un séparateur entre l’anode et la cathode. Dans les batteries lithium-ion rechargeables (LIB), des cations lithium monovalents migrent entre les électrodes. Lors de la décharge, l’anode (-) s’oxyde (perte d’électrons) et la cathode subit une réduction (gain d’électrons). Lors de la charge, ce processus s’inverse. Grâce à leur haute densité énergétique et de puissance, à leur sécurité améliorée et à leurs coûts de matériaux réduits, les LIB ont révolutionné l’industrie électronique et font désormais partie intégrante de nombreux aspects de notre vie, des appareils mobiles aux véhicules électriques. En 2019, le prix Nobel de chimie a été décerné aux scientifiques qui ont mis au point la technologie des LIB. 

Piles à combustible

Les piles à combustible se composent d’une anode, d’une cathode et d’un électrolyte conducteur ; elles sont souvent connectées en série pour former une pile afin d’augmenter la quantité totale d’électricité produite. L’électrode est constituée d’un matériau poreux recouvert d’un catalyseur permettant de produire de l’électricité. Il existe cinq grands types de piles à combustible, qui se distinguent par le type d’électrolyte utilisé : à membrane électrolytique polymère, à oxyde solide, à acide phosphorique, alcaline et à carbonate fondu. La technologie à membrane électrolytique polymère, également appelée « membrane à échange de protons » (PEM), est considérée comme la plus prometteuse pour remplacer la technologie des piles à combustible alcalines.

Les piles à combustible ont été développées comme une technologie énergétique alternative, en raison de leur rendement élevé, de leurs faibles émissions et de leur faible impact environnemental, surpassant ainsi les moteurs à combustion traditionnels. Les piles à combustible ne produisent que de la chaleur et de l’eau comme déchets, ce qui en fait une solution prometteuse pour les futures sources d’énergie dans une grande variété d’applications, notamment les appareils portables, les équipements fixes et les solutions de transport.

Supercondensateurs

Les composants des supercondensateurs sont similaires à ceux des batteries. Cependant, les supercondensateurs se distinguent par leurs capacités de stockage d’énergie. Les matériaux des électrodes contribuent aux performances de stockage d’un supercondensateur et peuvent être classés en trois catégories : les condensateurs à double couche, qui fonctionnent par voie électrostatique ; les pseudo-condensateurs, qui fonctionnent par voie électrochimique ; et les condensateurs hybrides, qui combinent les deux principes.

Les supercondensateurs constituent une source d'énergie à haute densité, dotée d'une grande capacité de stockage d'énergie, d'une longue durée de vie et d'une capacité de charge rapide, ce qui les rend idéaux pour des applications dans les véhicules hybrides, les appareils portables et la récupération d'énergie.