La puissance de la batterie au chanvre

L’équipe du Professeur David Mitlin a remplacé le graphène par du chanvre pour créer une batterie au chanvre de type supercondensateur. Le prix de revient est divisé par mille, le tout, en utilisant… des déchets !

Le chanvre : une plante aux possibilités illimitées

Généralement la plupart des gens ne comprend pas l’étendue des possibilités du chanvre industriel (Cannabis sativa L.). Pendant des siècles, cette plante rustique cette plante rustique a été cultivée et développée pour la production de tissus, de papier, de cordages.

Aujourd’hui, elle est également utilisée pour la nourriture, le carburant, les médicaments, les matériaux de construction et les plastiques. Et depuis tout récemment, nous pouvons utiliser le chanvre, pour remplacer le graphène comme composant de stockage, dans les batteries.

Le chanvre industriel (Canabis sativa L.) utilisé par l’équipe du Professeur David Mitlin est un cousin de la Marijuana, mais sans l’effet psychoactif, car contenant une quantité insignifiante de THC.

Les avantages de la batterie au chanvre

Aujourd’hui, l’industrie du stockage d’énergie prend conscience grâce à de nouvelles recherches canadiennes, que les super capacités avec des électrodes fabriquées à partir de feuilles de carbone à base de chanvre surpassent de près de 200 % les supers capacités standards. Le graphène, un nanomatériau de carbone, est considéré comme l’un des meilleurs matériaux pour les électrodes super rapide. Cependant, le graphène coûte très cher à fabriquer,  jusqu’à 2 000 $ par gramme.

À la recherche d’une solution moins coûteuse, des chercheurs de l’Université de l’Alberta et de l’Alberta Innovates Technology Futures, dirigés par le Professeur David Mitlin, ont mis au point un procédé de conversion des déchets de chanvre industriel fibreux en un nanomatériau de type graphène, unique, qui surpasse le graphène. De plus, il peut être fabriqué à moindre coup.
Une telle application induirait un retour vers une culture industrielle du chanvre…

Les scientifiques ont présenté leur création au 248e « National Meeting & Exposition of the American Chemical Society », l’association de scientifiques la plus large au monde, qui se réunit à San Francisco.

En termes simples, les scientifiques ont utilisé les fibres acquises à partir du chanvre industriel pour créer de fines feuilles de substrats qui composent l’intérieur d’un type spécial de batterie connu sous le nom de supercondensateur.

Les supercondensateurs se sont beaucoup développés ces dernières années. Ils sont une méthode efficace pour stocker de l’énergie, à l’instar des piles, toutefois la densité d’énergie des supercondensateurs peut être un millier de fois plus important que sur des condensateurs classiques. L’un des avantages de ce nouveau type de batterie au chanvre, est qu’elles peuvent se recharger en moins d’une minute, et ce plus de dix mille fois. De plus, elles ne perdent pas en capacité avec le temps.

Normalement, les supercondensateurs sont fabriqués en graphène, qui est produit à partir de carbone selon un procédé très complexe. Tout d’abord, le processus nécessaire à cette fin est très coûteux et n’est pas forcément idéal sur le plan technique, car la densité énergétique ne peut être augmentée que dans une mesure limitée.

Tout a commencé en 2014 lorsque e Dr David Mitlin, de l’Université de l’Alberta, a mené des recherches sur la création d’un nanomatériau issu des déchets de traitement industriel de la plante de chanvre, qui s’est avéré avoir des propriétés similaires à celles du graphène, mais avec un coût de production infiniment plus faible.

Des nanomatériaux de haute performance à partir du chanvre

Le groupe de chercheurs s’est notamment intéressé à l’écorce de la plante : « Il s’agit d’une fibre composée de couches de lignine, d’hémicellulose et de cellulose cristalline », a expliqué David Mitlin lui-même, « qui, traitée de la bonne manière, permet de séparer des nanomatériaux de type graphène ». Ce processus peut être déclenché en chauffant la fibre à 180° C pendant 24 heures, puis en la transformant en panneaux de nanomatériaux poreux qui peuvent être utilisés pour les supercondensateurs, c’est-à-dire ces dispositifs modernes de stockage de l’énergie qui sont bien supérieurs aux dispositifs classiques. Selon David Mitlin, on peut faire des choses très intéressantes avec les déchets organiques.

Les peaux de banane, par exemple, peuvent être transformées en un morceau de carbone dense, que nous appelons pseudo-graphite, qui est excellent pour les batteries sodium-ion. Cependant, la fibre de chanvre a une structure différente : elle produit des feuilles avec une surface élevée et cette caractéristique est excellente pour les supercondensateurs, d’où l’obtention de la batterie au chanvre.

Après de nombreuses expériences, David Mitlin et son équipe ont réussi à récupérer de précieuses électrodes de carbone à partir des fibres du chanvre au moyen d’un procédé de chauffage en deux étapes.

Obtenir des nano-couches de carbone issues du chanvre

Selon les scientifiques, les déchets de fibres des cultures de chanvre peuvent être transformés en dispositifs de stockage d’énergie à haute performance.

• Ces nano-couches sont extrêmement résistantes à la chaleur
• Cette production est de très bon marché
• Et principalement, ces nano-couches fournissent une densité énergétique beaucoup plus élevée que les batteries au carbone conventionnelles

Les nano-couches de carbone permettent de construire des supercondensateurs « égal ou supérieur au graphène » – l’étalon-or de l’industrie.

Les nano-couches de carbone atteignent 12 watts par kilogramme. Elles sont donc deux à trois fois plus élevées que les piles normales. En outre, une batterie de chanvre peut être rechargée jusqu’à 100.000 fois et ce en seulement quelques minutes.

« Nous fabriquons des matériaux de type graphène pour un millième du prix – et nous le faisons avec des déchets. Le chanvre que nous utilisons est parfaitement légal pour la culture. Il ne contient pas du tout de THC – il n’y a donc aucun chevauchement avec des activités récréatives. »  David Mitlin

Une production écologique

Dans des pays comme la Chine, le Canada et le Royaume-Uni, le chanvre peut être cultivé industriellement pour l’habillement et les matériaux de construction. Mais la fibre libérienne restante – l’écorce interne – finit généralement en décharge.

L’équipe du Dr Mitlin a pris ces fibres et les a recyclées en supercondensateurs – des dispositifs de stockage d’énergie qui transforment la façon dont l’électronique est alimentée.
Les batteries conventionnelles stockent de grands réservoirs d’énergie et l’alimentent lentement au goutte-à-goutte, tandis que les supercondensateurs peuvent rapidement décharger toute leur charge.

Ils sont idéaux pour les machines qui dépendent de fortes poussées de puissance. Dans les voitures électriques, par exemple, les supercondensateurs sont utilisés pour le freinage régénératif.

La libération de ce torrent nécessite des électrodes à grande surface – l’une des nombreuses propriétés phénoménales du graphène. Plus solide que le diamant, plus conducteur que le cuivre et plus flexible que le caoutchouc, le « matériau miracle » a fait l’objet d’investissements importants.
Mais alors que cette monocouche de carbone est le matériau de pointe pour les supercondensateurs commerciaux, son coût de production est prohibitif.

Trouver des solutions de rechange bon marché et durables est la spécialité de l’ancien groupe de recherche du Dr Mitlin à l’Université de l’Alberta. Ils ont expérimenté toutes les saveurs de biodéchets – de la mousse de tourbe aux œufs. Plus récemment, ils ont transformé la peau de banane en piles.

Industrie en croissance

« De toute évidence, le chanvre ne peut pas faire tout ce que le graphène peut faire », concède le Dr Mitlin.
« Mais pour le stockage de l’énergie, cela fonctionne tout aussi bien. Et cela coûte une fraction du prix – 500 à 1 000 dollars la tonne. »

Ayant établi une preuve de principe, sa start-up Alta Supercaps espère se lancer dans la fabrication à petite échelle.
Elle prévoit de commercialiser des appareils pour les industries pétrolières et gazières – où le fonctionnement à haute température est un atout précieux.
Son déménagement aux États-Unis, à l’Université Clarkson de New York, coïncide avec un changement dans les attitudes réglementaires, avec des signes indiquant que le chanvre pourrait faire son retour .

En Chine, la récolte est largement cultivée et au Canada, l’industrie du textile est en croissance.
« À cinquante milles de chez moi en Alberta, il y avait une usine de traitement du chanvre agricole. Et toute cette fibre libérienne – elle se trouve juste dans une grande baie, et ils ne savent pas quoi en faire », a déclaré le Dr Mitlin à la BBC. Nouvelles.

« C’est un déchet à la recherche d’une application à valeur ajoutée. Les gens vous paient presque pour l’emporter ! »
Et si la technologie décolle vraiment, cela pourrait aider les économies, affirme-t-il.
« C’est une plante robuste – vous pouvez même la cultiver en Alberta, au Manitoba. Beaucoup d’agriculteurs seraient ravis de cultiver du chanvre. »

La batterie au chanvre est plus performante que la batterie au lithium

Une autre expérience a été menée pour effectuer un comparatif entre la performance des piles de chanvre et des piles au lithium :  la batterie de chanvre et la batterie au lithium ont été connectées dans un circuit à des moments séparés.

Trois courbes ont été surveillées – une courbe d’Ampères, la deuxième étant la courbe de Volts et la troisième étant la courbe de Volts par Ampères. Et, avec un enregistrement d’échantillonnage réglé pour être une fois chaque seconde pour un total de ½ heure.

L’essai a été effectué en mettant l’accent à la fois sur la batterie au chanvre et sur lea batterie au lithium dans le même équipement, et au même degré.

Lorsque la courbe (volts-ampères) a été observée pour les deux piles, on a constaté que la puissance de la cellule de chanvre était de 31 alors que celle de la cellule de lithium était de seulement 4.

D’après les résultats de l’expérience, vous pouvez conclure que la performance de la cellule chanvre est significativement meilleure que celle de la cellule lithium.

La pile et les batteries à partir du chanvre ont un avenir certain. Cette technologie écologique, et alternative pourrait peut être détrôner ce qui se fait de mieux actuellement en énergie durable (Tesla).

Ces supercondensateurs ont une grande capacité et peuvent également être rechargés très rapidement… d’où l’immense intérêt de la batterie au chanvre.

Les avantages de l’utilisation de la batterie au chanvre

• Coût – l’un des avantages importants de l’utilisation du chanvre par rapport au graphène est que la batteriea au chanvre peuvent être fabriquée à partir de déchets de chanvre dont les agriculteurs n’ont pas besoin. Par conséquent, le chanvre est moins cher et plus facile à trouver que le graphème. Dans les années à venir, le monde devrait avoir une énorme demande de batteries pour alimenter leurs maisons, leurs véhicules et même leurs villes. Des batteries moins chères comme celles fabriquées à partir de chanvre rendront une telle transition assez bon marché et abordable.
• Densité d’énergie élevée – la densité d’énergie est décrite comme la quantité totale d’énergie qu’une batterie peut contenir en fonction de son poids. Une batterie est considérée comme solide si elle peut contenir une grande densité d’énergie. Une recherche de 2016 réalisée par Carbone découvert que lea batterie au chanvre avaient une densité d’énergie d’environ 19.8 watts-heures par kilogramme.
• Supraconductivité – les batteries doivent transmettre l’électricité avec une résistance aussi minimale que possible. Les matériaux qui ont plus de résistance à la conductivité sont moins efficaces lorsqu’ils sont utilisés dans la fabrication de batteries. Dans le cas de la batterie au chanvre, elle présente une très bonne conductivité.
• Disponibilité – Le graphène est assez polyvalent. C’est un matériau qui se retrouve dans tout, des cellules solaires aux puces de silicium, en passant par les batteries. Néanmoins, l’un des inconvénients les plus considérables du graphène est qu’il est assez difficile à fabriquer en quantités énormes. D’un autre côté, le chanvre peut atteindre sa maturité en quelques mois seulement et il peut pousser dans de nombreux types de sols, y compris ceux qui ne peuvent pas soutenir d’autres cultures.
• Résistance à la température – l’étude originale a révélé que la batterie au chanvre offrent une excellente conductivité à des températures chaudes et froides. Ceci est particulièrement important si l’on considère que cette technologie pourrait à l’avenir se retrouver dans des véhicules qui doivent fonctionner par temps glacial en hiver et par une chaleur estivale torride.

Des batteries de motos électriques au yachts

Depuis 2018, la société Alternet qui produit des motos électriques utilise les concepts développés par David Mitlin et équipe ses modèles de batteries dérivées du chanvre avec d’excellents résultats.

Mais les applications possibles de ces accumulateurs de haute technologie et respectueux de l’environnement pourraient également se situer dans le domaine nautique où, depuis quelques années, les concepteurs et les chantiers navals expérimentent des batteries hautes performances à bord des bateaux et des yachts comme alternative aux accumulateurs au plomb traditionnels. L’avenir de la batterie au chanvre semble très prometteur.

Principales sources :

• A Babord : www.a-babord.com
• Acti-VE : www.acti-ve.org
• BBC : www.bbc.com
• Bitcoin Ethereum News : www.bitcoinethereumnews.com
• Blog cannabis : www.blog-cannabis.com
• Divulgation : www.divulgation.fr
• La Terre du Futur : www.laterredufutur.com
• Le Fractal : www.lefractal.com
• Phonandroid : www.phonandroid.com