Un projet de recherche ambitieux consacré aux innovations dans le domaine des batteries lithium-ion a été lancé par des chercheurs de l’Empa, le laboratoire de matériaux pour la conversion énergétique. Baptisé SeNSE, cette initiative européenne dispose d’un budget total dépassant dix millions d’euros. À ses débuts, le laboratoire d’Empa n’était que peu reconnu dans le secteur, mais son directeur, Corsin Battaglia, savait qu’il devait mobiliser des équipes académiques et industrielles du monde entier pour être partie prenante de cette aventure. Grâce à ses efforts, Battaglia et son collègue Ruben-Simon Kühnel ont réussi à obtenir le financement nécessaire.
L’objectif du projet SeNSE était à la fois pragmatique et ambitieux : développer des solutions pour la prochaine génération de batteries lithium-ion, celles qui seront utilisées dans un futur proche dans les véhicules électriques. Battaglia souligne l’importance de cette temporalité : « Nous explorons également des technologies de batterie qui pourraient surpasser les lithium-ion en matière de durabilité et de densité d’énergie, mais leur commercialisation prendra encore quelques années. SeNSE projette de créer des technologies prêtes à être intégrées dans des voitures électriques dans un délai raisonnable. »
En l’espace de quatre ans, les membres de SeNSE ont parcouru quasiment l’intégralité de la chaîne de production des batteries, allant du développement de nouveaux matériaux à leur intégration finale dans des cellules de batterie. Les cellules, de la taille d’un smartphone, ont été fabriquées par l’Institut autrichien de technologie, et intégrées dans un module par la FPT Motorenforschung AG, une entreprise liée au groupe Iveco, avec l’électronique et logiciels nécessaires.
Le module SeNSE présente plusieurs avancées par rapport aux batteries actuelles, avec une densité énergétique accrue et un meilleur bilan écologique. Les composants clés de cette innovation incluent une cathode contenant moitié moins de cobalt que les batteries actuelles, et une anode qui a partiellement remplacé le graphite, ce dernier étant également considéré comme une ressource critique, par du silicium, un élément abondant dans la croûte terrestre.
En outre, les chercheurs d’Empa ont amélioré l’électrolyte, la solution qui permet le transfert d’ions entre les électrodes, élément indispensable pour le chargement et le déchargement des batteries. « Les électrolytes conventionnels sont inflammables », indique Kühnel. « Nous avons réussi à réduire cette inflammabilité grâce à certaines additifs tout en préservant la conductivité, un facteur clé pour le chargement rapide. » Pour optimiser cette rapidité de charge, la Coventry University et la FPT Motorenforschung AG ont également mis au point un système de gestion thermique sophistiqué. Ce dernier comprend des capteurs intégrés dans les cellules qui surveillent en temps réel la température et un algorithme conçu pour réguler la vitesse de charge afin d’éviter les surchauffes.
En termes de résultats, Battaglia et Kühnel soulignent la scalabilité du projet et le transfert direct vers l’industrie. Plusieurs entreprises partenaires ont déjà déposé des brevets pour les innovations de SeNSE et construisent des installations pilotes de production. La société chimique Huntsman a même commercialisé des additifs utilisés dans les électrodes du projet, les rendant disponibles pour d’autres fabricants de batteries.
Cependant, le parcours vers le succès n’a pas été exempt d’obstacles. Les défis organisationnels engendrés par la pandémie, l’instabilité des chaînes d’approvisionnement et l’augmentation des prix des matières premières ont complété des difficultés techniques, notamment la stabilité des cellules prototypes et la nécessité de continuer à développer leur mise à l’échelle. Battaglia précise que pour une production à grande échelle dans une Gigafactory, comme celle de son partenaire Northvolt, une multiplication des capacités de production par 1000 sera nécessaire.
Les chercheurs d’Empa se tournent déjà vers de nouveaux projets européens. SeNSE a en effet trois projets sœurs également financés. « Nous avons créé un cluster de recherche sur les batteries et échangeons régulièrement », indique Kühnel. Les coordonnateurs se sont engagés dans un projet commun de recherche Horizon Europe nommé IntelLiGent, dont l’objectif est le développement de cellules haute tension sans cobalt pour véhicules électriques.
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Points à retenir
- SeNSE est un projet européen de recherche sur les batteries lithium-ion, avec un budget de plus de dix millions d’euros.
- Le laboratoire Empa a pu rassembler des équipes académiques et industrielles vers une même direction, favorisant l’innovation.
- Les cellules développées visent à être intégrées rapidement dans des applications commerciales de véhicules électriques.
- Des technologies améliorées ont permis de réduire l’utilisation de matériaux critiques comme le cobalt.
- La gestion thermique avancée est un atout majeur pour la sécurité et la performance des futures batteries.
En définitive, l’évolution rapide des technologies de batteries soulève des questions sur la durabilité et l’avenir de la mobilité électrique. Comment ces innovations pourront-elles répondre aux défis environnementaux et économiques actuels ? La discussion sur l’autonomie énergétique et la durabilité des ressources se trouve au cœur des préoccupations de la recherche future.
- Source image(s) : pro-physik.de
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