Technologie privilégiée de la mobilité électrique et du stockage d’électricité, la batterie au lithium est, dans sa version lithium-ion, au cœur des enjeux de la transition énergétique. Et si elle a déjà beaucoup progressé, des avancées technologiques récentes promettent des performances encore en hausse. Revue de détail, en deux parties.

Aujourd’hui, la majorité des véhicules électriques et des unités de stockage d’électricité par batterie à grande échelle utilisent la même technologie : celle des batteries Lithium-ion, qui est actuellement à la fois la plus mature et la plus économique.

Et si de nouveaux types de batterie ou de nouvelles techniques de stockage sont en développement et promettent des performances bien supérieures, les lithium-ion continuent elles aussi de progresser. Prix, poids, volume, vitesse de charge et capacité de stockage : sur ces cinq critères-clés, la technologie lithium-ion s’est considérablement améliorée ces dernières années – et elle continue de le faire. L’actualité récente le prouve.

Tester les batteries lithium-ion en temps réel, pour les recharger plus vite !

Ainsi, en février 2018, des chercheurs de l’Université de Warwick, au Royaume-Uni, ont dévoilé un nouveau procédé qui permet de prendre le pouls d’une batterie en temps réel (température, état des électrodes), et ainsi d’améliorer considérablement son temps de charge.

En effet, jusqu’à aujourd’hui, les tests de température interne ou de potentiel des électrodes s’avéraient quasi impossible à mettre en place sur des batteries lithium-ion, car ces tests affectaient toujours significativement les performances desdites batteries. Seuls des tests externes étaient possibles, dont la précision n’est clairement pas le point fort.

Prudence extrême des constructeurs sur les normes de charge

Fort logiquement, les constructeurs imposent un taux et une intensité de charge maximale pour leurs batteries, en fonction de ce qu’ils estiment être la température seuil ou les niveaux de potentiel limite à ne pas dépasser. Leurs normes sont particulièrement prudentes, car une surchauffe ou une altération des électrodes peuvent avoir des conséquences graves, voire désastreuses.

Dans les deux cas, la batterie pourrait voir ses performances s’effondrer, voire être hors d’usage ; concernant la surchauffe, la batterie peut tout simplement exploser ! De quoi limiter la prise de risque en la matière… Et comme les tests externes ne donnent qu’une idée grossière de l’état de la batterie, les marges d’erreur prises par les constructeurs sont énormes.

Mesure la température et l’état des électrodes sans affecter les performance de la batterie

C’est tout l’enjeu de la découverte des chercheurs de Warwick : ils ont développé un dispositif comprenant une électrode de référence ainsi qu’un capteur de température en fibre optique, traité avec un revêtement d’éthylène propylène fluoré (FEP). Le résultat est spectaculaire : le dispositif peut avoir un contact direct avec toutes les pièces de la batterie, tout en étant capable de résister aux contraintes chimiques, électriques et mécaniques en jeu pendant le fonctionnement d’une batterie.

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Ce dispositif permet alors de donner une mesure précise, en temps réel, de la température et de l’état des électrodes de la batterie, même en cours de fonctionnement. Il a été testé sur des batteries de véhicules électriques disponibles dans le commerce.

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Une batterie chargée jusqu’à cinq fois plus vite !

Cette découverte permet donc de faire un diagnostic, en cours de fonctionnement, de la batterie, et d’éviter certains types de panne. Elle offre surtout une révolution pour la charge de la batterie : elle permet de moduler l’intensité de cette charge en fonction de la réponse de la batterie, et donc de franchir, largement, les limites recommandées par les constructeurs – et sans risque, puisqu’en cas d’augmentation de température, le dispositif de charge peut réduire automatiquement l’intensité de cette dernière.

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Au final, les chercheurs ont démontré que ce dispositif, couplé à une charge intelligente de la batterie, permettait de la recharger jusqu’à cinq fois plus vite ! On imagine aisément les applications de cette découverte, notamment pour les bornes de recharge de véhicules électriques. Reste à tester la solution à un niveau industriel… Mais elle est plus que prometteuse !

Du silicium dans l’anode, pour augmenter la capacité de la batterie

Autre avancée, directement utilisable, celle-là, sur les lignes de production actuelles : Sila Nanotechnologies, une start-up de la Silicon Valley, a testé avec succès une technologie permettant d’utiliser une grande quantité de silicium dans l’anode des batteries lithium-ion.

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Il est démontré depuis longtemps que l’utilisation de silicium dans l’anode en graphique d’une batterie en augmente l’autonomie : seul problème, ce silicium a tendance à gonfler quand il reçoit les ions lithium, ce qui détériore rapidement l’anode. En conséquence, pour éviter des pannes, les constructeurs utilisent bien du silicium sur l’anode, mais dans un pourcentage très faible – limitant les gains offerts.

Partenariat avec BMW

Mais Sila Nanotechnologies a développé des microparticules de silicium, dont la porosité absorbe ce gonflement, réglant le seul défaut de cette technologie. L’anode proposée par la start-up contient ainsi 50% de silicium, et permet de stocker de 10 à 20% d’énergie en plus qu’une batterie lithium-ion classique. BMW vient de signer un partenariat avec Sila Nanotechnologies pour industrialiser cette solution et en équiper les véhicules électriques de la marque allemande à partir de 2023.

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Rendez-vous demain pour découvrir, dans la suite de notre étude, une autre technologie qui offrirait aux batteries lithium-ion une augmentation de capacité de 30%, ainsi que les dessous de la batterie lithium-air opérationnelle enfin mise en place par des chercheurs.

 

 

 

 

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