Pilas a pièlas

Mes anar, mes que haràn besonh pilas e baterias. Que son objèctes de la vita vitanta dab ua durada de vita braca. Mès qu’an impactes environamentaus deus grans. Que vesem quauques ensais de procediments navèths que presentan melhoranças. De mes, en genèr de 2024, ua start-up chinesa que perpausèc ua pila de niquèl diferenta. La pila…

Per Anne-Pierre Darrées
Pilas a pielas © Urbyn
Pilas a pielas © Urbyn

Mes anar, mes que haràn besonh pilas e baterias. Que son objèctes de la vita vitanta dab ua durada de vita braca. Mès qu’an impactes environamentaus deus grans. Que vesem quauques ensais de procediments navèths que presentan melhoranças. De mes, en genèr de 2024, ua start-up chinesa que perpausèc ua pila de niquèl diferenta.

La pila electrica

Schéma d'une pile électrique © Wikipedia

Esquèma d’ua pila electrica © Wikipèdia

Ua pila electrica qu’ei un dispositiu electroquimic que cambia l’energia d’ua reaccion quimica, dita d’oxidoreduccion, en energia electrica. La reaccion d’oxidacion que hornís electrons (bòrne negatiu). La reaccion de reduccion que consumís electrons (bòrne positiu). Los electrons que circulan deu negatiu tau positiu en tot crear un corrent continú. Qu’introdusim los reactius (l’oxidant e lo reductor) a la fabricacion, alavetz, quan son estarits, que cau remplaçar la pila per ua navèra. Sovent, los reactius non son pas sancerament consumits.

Que podem tanben emplegar reaccions reversiblas e atau la pila que’s pòt tornar cargar. Que parlam de pila recargabla o d’acumulator electric. Que dura enter 5 et 10 ans.

Ua bateria qu’ei un regropament de pilas.

Un pauc d’istòria

Pile de Volta © Wikipedia

Pila de Volta © Wikipedia

En 1786, Luigi Galvani nota que los muscles d’ua cueisha de graulha s’abracan quan son en contacte dab metaus. A partir d’aqueth trabalh, Alessandro Volta qu’inventa la prumèra pila en 1800. Atau, per exemple, Napoleon que hornís a l’École Polytechnique ua bateria de 54 m2 que conteng 600 cobles de coire e de zinc. Qu’a ua intensitat de 10 ampèrs e ua poténcia d’un detzenat de kW. Qu’ei eficaç, poderós, mès un pauc encombrant!

Desempuish, las pilas que’s son melhoradas e los procediments qu’an cambiat. Atau, qu’apareish en 1829 la pila de Becquerel dab dus liquids separats, en 1838 la pila de platin de William Grove (pro cara), en 1843 la pila de carbon de Robert Bunsen (mès que dèisha anar vapors toxicas). En 1859, lo bearnés Gaston Planté que fabrica lo prumèr acumulator de plomb (la prumèra bateria recargabla). Que i avèva hèra de veituras electricas a l’epòca, coma la Jamais Contente equipada de 100 acumulators de plomb; qu’avèva ua autonomia de 80 km. Mes pròche de nosautes, qu’emplegam entad estocar l’energia deus panèus solars, un acumulator plomb-carbòni, adaptat a la carga lenta.

Las evolucions que contunhan. Georges Leclanché que concep la pila de dioxid de manganès en 1867, Samuel Ruben la pila de mercuri en 1942, Lewis Urry la prumèra pila alcalina en 1959. Puish, en 1970, la pila de liti que permet de remplaçar lo zinc per un metau mes reductor (donc mes eficaç).

Que cau senhalar lo cas particular de la pila de combustible que sortís en 1953 (tròba de Francis T. Bacon). Aqueste procediment que serà emplegat entà las missions Apollo. En aquestas pilas, lo reductor qu’ei un combustible coma l’idrogèn e l’oxidant per exemple l’oxigèn. Mès que son d’un còst hèra haut.

Lo còst ecologic

Tà fabricar las pilas, que cau tirar metaus, ua extraccion polluenta que consumís sovent hèra d’energia e d’aiga, e que lhèva problèmas etics e de santat per los obrèrs e lo vesiau. Quauques exemples. L’espleitacion de liti d’Atacama (Chili), la mes grana deu mond, que consumís 65% de l’aiga d’aquera region; las resèrvas assecadas que hèn desaparéisher los ausèths, las culturas, lo neurissatge deus lamas, etc. Un estudi Uniross de 2007 muisha que fabricar pilas classicas entà produsir 1kWh (tà hèr foncionar ua ampola de 100W pendent 10 òras per exemple) crea la medisha perturbacion climatica que rotlar 457 km dab un diesèl.

Salar d'Atacama

Liquid jaunàs que conteng 6% de liti, après ua radiacion solara, per l’enterpresa chilenca SQM, dens lo Salar d’Atacama. – © Marion Esnault/Reporterre

De mes, las pilas que son dèishas dangerosas. Que contenguen metaus (niquèl, cadmi, mercuri, plomb, hèr, zinc, liti) dont daubuns son toxics, inflamables e nocius entà l’environament. Lo plomb e lo mercuri, sustot, que son posons entaus umans e entaus animaus. Atau, las pilas de mercuri que son defendudas en Euròpa desempuish 1991 e aus Estats Units desempuish 1996.

De segur, las pilas que son reciclablas (pas a 100 %) e las escòrias residuaus que deven estar depausadas en descargas. En França, 57% qu’estón recicladas en 2021, mès n’ei pas parièr en tots los país. De mes, lo reciclatge qu’ei un procediment dangerós pr’amor que cau des·hèr las pilas e que cau manipular los metaus. En 2021, en França, qu’estón l’encausa d’un a dus partirs de huec per jorn e de 150 huecs dens los centres de reciclatge. Alavetz, que son sovent estocats o cremats e non pas reciclats.

% de las baterias collectadas en 2021 entà reciclatge dens l'UE

Percentatge de las baterias collectadas en 2021 entau reciclatge dens l’UE

Consum

Los consums que van créisher a hum: la demanda que deveré estar multiplicada per 10 en 2030 (1,7 TWh) pr’amor deu passatge aus veïcules electrics e deus besonhs d’estocatge de l’electricitat gessida de las energias renovelablas. Que serén sustot baterias de liti.

Que vesem tanben ua creishuda de l’emplec de las pilas simplas. L’ADEME nos ditz qu’en 2021, 1 711 milions de pilas e acumulators (pilas recargablas) son entrats suu mercat mondiau; que representan 312 992 tonas (15% de mes qu’en 2020).

Las solucions

Uei n’avem pas nada bona solucion. Contunhar a consumir pilas sense cambiament qu’ei ua holia ecologica. Urosament, baterias navèras que son en cors de desvolopament coma baterias de liti mixte (dab veire o CO2), baterias de CO2, baterias metau-aire, baterias de sòdi… dens la linhada de las baterias quimicas classicas. Que i a tanben desvolopaments de pilas diferentas coma baterias de protons (pilas de combustible), pilas bioenzimaticas, o enqüèra pilas atomicas. Vesem quauques cas.

L’acumulator de sòdi

En China, JAC (ua mèrca detenguda a 50 % per l'Estat chinés e a 50 % peu grop Volkswagen) que vien de presentar la JAC Yiwei EV. Que s'ageish deu tot prumèr veïcule electric de seria au monde a èste equipat d'ua bateria sòdi-ion © JAC

En China, JAC (ua mèrca detenguda a 50 % per l’Estat chinés e a 50 % peu grop Volkswagen) que veng de presentar la JAC Yiwei EV. Que s’agís deu prumèr veïcule electric de seria au monde a estar equipat d’ua bateria sòdi-ion © JAC

La pila dab ions sòdi (Na+), qu’ei coneguda desempuish 1970. Que fonciona haut o baish coma ua pila de liti. Mès qu’emplega sòdi, un metau alcalin hèra comun (la sau qu’ei clorur de sòdi). Mens eficaça qu’ua pila de liti (quantitat d’energia mes febla e durada de vita mes braca) qu’ei totun ua bona alternativa (impactes environamentaus febles, grana disponibilitat, seguretat). La start-up Tiamat (Amiens) que fabricarà a partir de 2025 baterias de sòdi entà las veituras electricas. A notar: Volkswagen qu’a sortit enguan la prumèra auto dab ua bateria de sòdi tau mercat chinés.

De mes, l’universitat de Bristol (Anglatèrra) que conceboc un separader a basa d’algas. Que permet d’aumentar la durada de vita e l’estabilitat d’ua bateria de sòdi. Ua pista de las interessantas.

Baterias de protons

Que fonciona dab aiga en dus temps: pendent la carga, l’aiga qu’ei cracada (procediment de cracking) en produsir protons (H+) que’s liga a ua electròde de carbòni. L’electròde n’a pas mes qu’a liberar los protons que’s combinan a l’oxigèn de l’aire tà formar aiga (H2O) e produsir electricitat. La pila que’s pòt tornar cargar. Qu’a la medisha capacitat qu’ua bateria liti-ion sense los inconvenients environamentaus. Los cercaires australians, qu’an trobat lo procediment, que comencèn ua collaboracion dab lo grop automobile italian Eldor Corporation en 2023.

 La pila bioenzimatica

La start-up BeFC, creada en 2020 en Isèra, que desvolopa ua pila que s’inspira deu còs uman. Atau, los enzimes presents sus la cellula constituïda de jaças de cellulòsa e de papèr carbòni que transfòrman la glucòsa e l’oxigèn non pas en energia coma dens lo còs mès en electricitat. Ua tecnica qui demandèc detzenats d’annadas de recèrca au CNRS. De poténcia febla, la pila qu’ei destinada aus tèstes de grossessa o a las pompas d’insulina.

La pila atomica de niquèl

L’idèa qu’ei de produsir electricitat a basa de dèishas radioactivas; lo concèpte qu’estoc dejà explorat. Per exemple, Tom Scott (universitat de Bristol, Anglatèrra) que fabriquèc ua pila dab Carbòni-14 (14C) e diamant, emplegada, au demiei d’autas utilizacions, per sondas espaciaus. Mès aqueras pilas que presentan limits: qu’an ua poténcia febla.

Batterie de Beta Volt Energy

Pila atomica de niquèl de Betavolt New Energy Technology

Totun, Betavolt New Energy Technology, ua start-up chinesa creada en 2021, que hasoc brevetar ua pila atomica a Pequin, pauc de temps a. La pila qu’ei un milahuelhas qui altèrna jaças de 63Ni (niquèl-63 radioactiu) e de diamant. Lo diamant monocristallin qu’ei un carbòni pur e hèra dur. Que transfòrma l’energia cinetica (vitessa) de l’electron emetut per la degradacion deu nuclèu de 63Ni en corrent electric.

Lo 63Ni n’existís pas dens la natura. Qu’ei un element produsit dens las centralas nuclearas (que parlan de produit d’activacion). Coma n’ei pas estable, que’s degrada en eméter ua particula β- (en fèit un electron) e en se transformar en coire estable e non radioactiu (63Cu). Lo diamant que garantís la seguretat de la pila. N’i a pas nada radiacion hòra la pila, e lo diamant qu’empacha ua explosion o un huec.

Lo 8 de genèr de 2024 que presentèn la pila, un petit cube de 15 millimètres de costat. De 3 vòlts, que pòt assegurar ua poténcia de 100 microwatts pendent 50 ans. Qu’ei donc hèra petita mès de la durada longa. En juntar detzenats o centenats de pilas, en seria o en parallèle, que pòden aumentar la sua poténcia. Atau, la start-up que perpausarà ua pila de 1 V en 2025. Anóncia comerciau o vertadèra trobada? N’ac sabem pas enqüèra.

Pr’amor de la durada longa, la pila que seré entà equipaments que deven foncionar longtemps sense susvelhança: materiau medicau (pacemakers, còrs artificiaus, implants coclears…), estacions scientificas isoladas, sondas espaciaus, microrobòts…

Trabalhan dejà sus d’autes elements radioactius coma l’estronci-90, lo promèti-147 e lo deutèri, que poirén aver poténcias mes hautas.

Conclusion

Los desvolopaments actuaus que muishan prumèras solucions, mès non son pas enqüèra de nivèu industriau e non pertòcan pas tots los emplecs. Atau, las pilas e baterias que demoran un problèma màger entà hornir estocatges d’energia que respèctan l’environament.

Referéncias

Pile électrique – Définition, Techno-Science.net
Piles & Accumulateurs; données 2020, ADEME, 2021.
Etude Uniross sur l’impact environnemental des piles, 2007.
Une batterie au sodium à base d’algues capable de supporter 1000 cycles de charge, Trust my science, 2022.
Une pile constituée de sucre, de papier et d’enzymes… Le pari écologique d’une start-up iséroise, L’usine nouvelle, 2023.
JAC Yiwei EV (prumèra veitura dab bateria au sòdi), automobile-propre, Valentin Cimino, 2024.
Cette batterie de la taille d’une pièrce tiendrait 50 ans sans être rechargée, Révolution énergétique, Laurent Gauthier, 2024.