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Imaginez un bâtiment entier en béton de 20 étages capable de stocker de l’énergie comme une batterie géante. Grâce à une recherche unique menée par l’université de technologie de Chalmers, en Suède. Cette vision pourrait un jour devenir réalité. Des chercheurs du département d’architecture et de génie civil ont récemment publié un article décrivant un nouveau concept de batteries rechargeables en ciment.

Une batterie rechargeable en ciment

Ce concept consiste en un mélange à base de ciment auquel sont ajoutées de petites quantités de fibres de carbone courtes pour augmenter la conductivité et la résistance à la flexion. Une maille en fibre de carbone recouverte de métal est incorporée dans ce mélange : du fer pour l’anode et du nickel pour la cathode. Après de nombreuses expérimentations, c’est le prototype que les chercheurs présentent maintenant.
« Les résultats des recherches antérieures sur la technologie des batteries en ciment ont montré des performances très faibles. Nous avons donc compris que nous devions sortir des sentiers battus pour trouver une autre façon de produire l’électrode. L’idée particulière que nous avons développée – qui est également rechargeable – n’a jamais été explorée auparavant. Maintenant, nous avons la preuve de ce concept à l’échelle du laboratoire », explique Emma Zhang.
Les recherches de Luping Tang et Emma Zhang ont permis de produire une batterie rechargeable à base de ciment dont la densité énergétique moyenne est de 7 wattheures par mètre carré. La densité d’énergie est utilisée pour exprimer la capacité de la batterie. Selon une estimation modeste, les performances de cette  nouvelle batterie pourraient être plus de dix fois supérieures à celles des tentatives précédentes de batteries en ciment. La densité d’énergie est encore faible par rapport aux batteries commerciales, mais cette limitation pourrait être surmontée grâce à l’énorme volume auquel la batterie pourrait être construite lorsqu’elle est utilisée dans des bâtiments.

Plusieurs façons de l’utiliser

Le fait que cette batterie soit rechargeable est sa principale qualité, et les applications qui pourraient en résulter si ce concept était réellement développé seraient révolutionnaires. Le stockage de l’énergie est une possibilité évidente, la surveillance en est une autre. Les chercheurs voient des applications qui pourraient aller de l’alimentation des LED à la fourniture de connexions 4G dans les zones reculées, en passant par la protection cathodique contre la corrosion des infrastructures en ciment.
« Elle pourrait par exemple être couplée à des panneaux de cellules solaires pour fournir de l’électricité et devenir la source d’énergie des systèmes de surveillance des autoroutes ou des ponts, où des capteurs actionnés par une batterie en ciment pourraient détecter les fissures ou la corrosion », suggère Emma Zhang. Ce concept consistant à utiliser les structures et les bâtiments de cette manière offrirait une solution alternative à la crise énergétique en fournissant un grand volume de stockage d’énergie.
Le ciment, qui résulte de ce mélange et d’autres ingrédients, est le matériau de construction le plus utilisé au monde. Du point de vue de la durabilité, il est loin d’être idéal, mais la possibilité d’y ajouter une fonctionnalité énergétique pourrait offrir une nouvelle dimension. Emma Zhang déclare : « nous pensons qu’à l’avenir, cette technologie pourrait permettre de réaliser des sections entières de bâtiments à plusieurs étages en ciment fonctionnel. Si l’on considère que toute surface pourrait avoir une couche de cette électrode intégrée, nous parlons d’énormes volumes de béton fonctionnel. »

Des défis subsistent

L’idée en est encore à un stade très précoce. Les questions techniques qui restent à résoudre avant la commercialisation de cette technique concernent notamment la durée de vie de cette batterie et le développement de techniques de recyclage. « Les infrastructures en béton étant généralement construites pour durer 50 à100 ans, ces batteries devraient être affinées pour s’adapter à cette durée, ou pour être plus faciles à échanger et à recycler une fois leur la durée de vie terminée. Pour l’instant, cela représente un défi majeur d’un point de vue technique », explique Emma Zhang.
« Nous sommes convaincus que ce concept contribuera grandement aux futurs matériaux de construction afin d’avoir des fonctions supplémentaires telles que les sources d’énergie renouvelables », conclut Luping Tang.
Cette recherche a été publiée dans Buildings.
Source : Chalmers University of Technology
Crédit photo : Pixabay