Une nouvelle conception de cellule pour batterie pourrait nous aider à puiser dans les vastes réserves d’énergie géothermique sous nos pieds
L’une des plus grandes sources naturelles d’énergie renouvelable pourrait être juste sous nos pieds – littéralement. La Terre elle-même est une grosse boule chaude qui n’attend que nous pour l’exploiter, avec de vastes réserves d’énergie géothermique sous l’Australie, les États-Unis et bien d’autres régions. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Institut de technologie de Tokyo et de Sanoh Industrial ont mis au point un nouveau type de cellule de batterie qui peut convertir directement l’énergie thermique en électricité.
La plupart des systèmes géothermiques fonctionnent avec de l’eau chauffée par des roches chaudes à quelques kilomètres sous la surface de la Terre. Cette eau est soit naturellement présente et pompée à la surface, soit pompée vers le bas, chauffée et pompée de nouveau. De tels systèmes nécessitent souvent des températures élevées, supérieures à 180° C, pour fonctionner, et n’évoluent pas nécessairement aussi bien.
Mais les chercheurs japonais à l’origine de la nouvelle étude disent qu’ils ont une méthode plus directe. Leur conception est composée de cellules thermiques sensibilisées (STCs : Sensitized Thermal Cells), capables de produire de l’électricité à des températures inférieures à 100 °C sans avoir besoin d’un support intermédiaire comme l’eau ou la vapeur.
La STC est une batterie composée de trois couches de matériau intercalées entre deux électrodes. Il y a une couche de transport d’électrons (ETM : Electron Transport Layer), une couche semi-conductrice de germanium et une couche d’électrolyte solide qui transporte les ions cuivre. Cette batterie est conçue pour être enterrée dans la sol chaud.
L’idée est que la chaleur dans le sol excite les électrons dans le semi-conducteur, ce qui provoque leur transfert vers l’ETM. Cela les fait ensuite passer par l’électrode à travers un circuit externe et les ramène éventuellement à l’autre électrode et à l’électrolyte. Là, des réactions d’oxydation et de réduction (redox) ont lieu, qui ramènent les électrons de basse énergie dans le semi-conducteur, recommençant ainsi le cycle.
Une question dont l’équipe n’était pas certaine au départ était de savoir combien de temps l’appareil STC pouvait maintenir ce cycle, ou même s’il pouvait durer indéfiniment. Mais au cours des essais, ils ont trouvé leur réponse – finalement, le cycle ralentit lorsque les réactions d’oxydoréduction se produisent, parce que les différents types d’ions cuivre se retrouvent à des endroits différents.
Mais il est intéressant de noter que l’équipe a été surprise de constater que la batterie pouvait résoudre ce problème, à condition qu’elle soit enfouie dans une source de chaleur. Il s’agit ensuite d’allumer le circuit externe pendant un certain temps pour le recharger. Cela, selon l’équipe, pourrait permettre à la batterie de fournir de l’énergie « semi-permanente ».
« Avec une telle conception, la chaleur, généralement considérée comme une énergie de mauvaise qualité, deviendrait une excellente source d’énergie renouvelable « , explique Sachiko Matsushita, chercheur principal de l’étude. « Il n’y a aucune crainte à propos de radiations, de pétrole cher, pas d’instabilité de la production d’énergie comme quand on dépend du soleil ou du vent. »
L’équipe affirme que d’autres améliorations sont nécessaires pour la conception, mais on espère qu’elle rejoindra bientôt les rangs des options en matière d’énergie renouvelable.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/TA/C9TA04060A#!divAbstract
