Les chercheurs accordent la priorité à l’efficacité énergétique et à la fiabilité dans la transition vers les transports et les infrastructures électrifiés, en concentrant leurs efforts sur l’optimisation de la technologie des batteries des véhicules électriques, des systèmes de stockage d’énergie et des méthodes de gestion des batteries.
L’efficacité énergétique et la fiabilité sont essentielles pour l’électrification des transports et des infrastructures. Les chercheurs du monde entier travaillent dur pour maximiser l’efficacité et surmonter les défis liés à la technologie des batteries des véhicules électriques, au stockage d’énergie et aux systèmes de gestion des batteries.
Les récentes percées en laboratoire ont exploré les possibilités offertes par les matériaux et les techniques, y compris l’utilisation de l’intelligence artificielle (IA).
Recherche sur les batteries. Image utilisée avec l’aimable autorisation deKorea Institute of Energy Research
Piles à combustible à membrane d’échange de protons
Les piles à combustible à membrane d’échange de protons (PEMFC) pour l’énergie des véhicules électriques promettent des avantages tels que zéro émission, haute efficacité et bruit opérationnel minimal. Cependant, leur adoption généralisée rencontre d’importants obstacles principalement en raison des problèmes de durabilité et de la dégradation des composants des cellules dans les conditions difficiles et variables typiques des environnements automobiles.
Mécanismes de dégradation des PEMFC. Image utilisée avec l’aimable autorisation deLiu et al.
Une étude récente explore les mécanismes de dégradation des PEMFC dans les applications automobiles. Elle souligne l’importance de comprendre ces mécanismes et introduit des méthodes de test de stress accéléré (AST) pour simuler les conditions difficiles auxquelles ces piles à combustible sont confrontées dans une utilisation automobile réelle. Ces méthodes AST permettent une analyse complète des processus de dégradation affectant les PEMFC. Il s’agit notamment de la décomposition chimique des membranes cellulaires, de la corrosion des supports en carbone essentiels à la structure des cellules et de l’usure mécanique due à des demandes opérationnelles fluctuantes. De plus, l’étude aborde la manière dont les impuretés, souvent négligées, peuvent infiltrer le système et accélérer la dégradation, rendant ainsi plus complexe le développement de PEMFC durables.
L’équipe de recherche a proposé des approches innovantes pour surmonter ces défis, en se concentrant sur le développement de matériaux et de designs plus résilients grâce à l’application de méthodes AST. En abordant les problèmes fondamentaux de la dégradation des PEMFC, la recherche espère contribuer de manière significative à l’avancement des technologies de transport durables.
Stockage d’énergie dans les ferroélectriques relaxeurs sans plomb
Les ferroélectriques relaxeurs sans plomb sont des matériaux diélectriques idéaux pour les applications de stockage d’énergie avancées, qui exigent des performances exceptionnelles. Dans une récente recherche à l’Université Tsinghua de Beijing, les chercheurs ont introduit une nouvelle classe de ferroélectriques relaxeurs pérovskites à haute entropie, qui pourrait avoir de grandes implications pour améliorer l’efficacité de stockage d’énergie.
La recherche démontre qu’en augmentant la teneur en Zr4+, on améliore les caractéristiques relaxeurs de ces matériaux et on observe une saturation retardée de la polarisation, ce qui bénéficie aux performances de stockage d’énergie. De manière remarquable, les matériaux ont atteint une densité de stockage d’énergie récupérable élevée de 6,6 J/cm3 et un rendement énergétique de 93,5% sous un champ électrique de 550 kV/cm. Ces résultats sont significatifs car ils surpassent les performances des matériaux diélectriques existants et répondent aux exigences strictes des applications de stockage d’énergie avancées.
Les chercheurs ont étudié la saturation retardée de la polarisation dans les technologies de stockage d’énergie. Image utilisée avec l’aimable autorisation desauteurs
Ce progrès est attribué à la stratégie de conception à haute entropie, qui augmente efficacement le désordre des ions et réduit l’ordre à courte distance dans la matrice diélectrique. Cette stratégie conduit à la formation de nanoclusters polaires isolés et faiblement couplés à l’intérieur du diélectrique, élément clé pour obtenir des caractéristiques relaxeurs élevées et améliorer les performances de stockage d’énergie.
Gestion de l’énergie des bâtiments basée sur l’IA
Récemment, des chercheurs de l’Institut coréen de recherche sur l’énergie ont présenté une plateforme de gestion de l’énergie des bâtiments utilisant l’intelligence artificielle et des méthodes statistiques pour optimiser les opérations.
Traditionnellement, les systèmes de gestion de l’énergie des bâtiments s’appuient sur une surveillance simpliste de la consommation d’énergie et sur l’expérience opérationnelle des responsables des bâtiments. Cela s’est avéré insuffisant pour gérer les ressources distribuées complexes et diversifiées des bâtiments modernes. La plateforme nouvellement développée relève ces défis en utilisant l’IA et des méthodes statistiques pour automatiser la gestion en temps réel des ressources distribuées telles que la production d’énergie solaire, les systèmes de stockage d’énergie et les systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (CVC).
Plateforme de gestion des ressources distribuées. Image utilisée avec l’aimable autorisation de l’Institut coréen de recherche sur l’énergieKorea Institute of Energy Research
Les algorithmes d’IA de la plateforme analysent automatiquement les conditions de fonctionnement, diagnostiquent les défauts et optimisent en temps réel le fonctionnement des ressources. Cela se traduit par une efficacité accrue et des coûts énergétiques réduits. La technologie offre une précision de détection des défauts de plus de 98% en intégrant un ensemble de données complet sur les défauts et l’environnement pour l’analyse. De plus, la plateforme utilise des technologies de communication sécurisée de prochaine génération, y compris la cryptographie quantique, pour garantir une protection robuste contre les cyberattaques.
La mise en œuvre de la technologie d’exploitation autonome permet une réponse et une récupération immédiates en cas de divers défauts dans les ressources distribuées, en utilisant un algorithme d’optimisation non linéaire pour l’optimisation en temps réel des opérations. Cette capacité garantit une utilisation optimale des ressources distribuées dans des conditions de défaut, ce qui entraîne des économies d’énergie significatives.
Le succès de cette plateforme est illustré par plus d’un an de tests dans un simulateur reproduisant un environnement de bâtiment réel, où elle a permis d’économiser plus de 17% des coûts énergétiques par rapport aux systèmes de gestion de l’énergie des bâtiments existants.
Meilleur stockage et contrôle de l’énergie
Le stockage et le contrôle de l’utilisation de l’énergie seront un élément crucial de l’avenir de l’infrastructure électrique. Avec les avancées dans le stockage de l’énergie entourant les PEMFC, les ferroélectriques relaxeurs sans plomb et la gestion des batteries basée sur l’IA, les chercheurs travaillent clairement dur pour tracer la voie de l’avenir de l’industrie.