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Batteries à hautes performances, entrée en lice de nouveaux compétiteurs

Deux tendances fortes se dégagent d’une observation attentive des nouvelles voies suivies par les chercheurs pour le stockage d’énergie : la densification des matériaux et la recherche d’une grande fiabilité.

Pour réduire la taille des batteries, des nanomatériaux sont mis en œuvre ; ils jouent un rôle majeur en optimisant la taille de la structure des composants.

Leur très grande finesse permet de multiplier par des facteurs importants les surfaces d’échange entre électrodes et électrolytes.

Des poudres à très haute densité sont composées de particules dont les diamètres sont réparties sur une échelle de 10 à 100 nanomètres (1 nanomètre = 10 puissance moins neuf mètre).

Les particules initiales sont organisées en matériaux dont la taille des éléments s’échelonne de 5 à 15 microns d’épaisseur. Ainsi les nanomatériaux permettent une densité de matière beaucoup plus importante, donc d’énergie stockée, par unité de volume.

Céramiques composites, graphène, aluminium poreux, électrolytes solides sont quelques uns des nouveaux matériaux imaginés par les chercheurs un peu partout dans le monde dans de nouvelles entreprises ou chez des acteur établis.

Des électrolytes solides pour des « solid state batteries »

Sakti3 est une entreprise encore un peu mystérieuse, relativement discrète, installée dans le Michigan aux USA et dirigée par Ann Marie Sastry , un professeur de l’Université du Michigan.

Sakti3, dont le produit sera une batterie sans électrolyte liquide (solid state batterie), rassemble des investisseurs prestigieux à son tour de table comme General Motors et Khosla Ventures. La société a été retenue par la «MIT Technology Review» comme l’une des 10 entreprises émergentes de l’année.

Une technologie similaire (4 layer all solid state Battery) a été retenue par Toyota pour ses avantages spécifiques : des courants de sortie élevés, une enveloppe (package) simplifiée et surtout excellente tenue à haute température la rendant plus sure; le prototype présenté par Toyota fonctionne jusqu’à 100° C

Batterie à état solide de Toyota, 16,26 volts par cellule

 

Aluminium et graphène pour les électrodes

Le Goupe Sumitomo Electric, un conglomérat de plus de 300 sociétés employant plus de 170 000 personnes dans 30 pays a pour sa part, développé un matériau poreux à base d’aluminium utilisé comme collecteur de courant pour les batteries Li-Ion.

La structure en nid d’abeilles du graphène composé d’atomes de carbone.

 

La structure tridimensionnelle maillée de cet aluminium poreux à 98%, baptisée «Aluminum-Celmet», permet, en augmentant les surfaces d’échange, une multiplication de la capacité d’un facteur 1,5 à 3, ou de réduire la taille des cellules dans les mêmes proportions.

Le graphène est un cristal bidimensionnel (monoplan) de carbone dont l’empilement constitue le graphite. Il fut isolé en 2004 par Andre Geim, du département de physique de l’université de Manchester, qui a reçu pour cette découverte le prix Nobel de physique en 2010 avec Konstantin Novoselov.

Le graphène se trouve à l’état naturel dans les cristaux de graphite, où il se présente sous la forme d’un empilement de feuilles

Targray, une entreprise canadienne spécialisée dans les matériaux de base pour la fabrication de batteries Li-Ion, produits désormais 2 types de graphène à haut niveau de performances utilisé dans les anodes de batteries.

Alors qu’il a été l’un des pionniers des batteries Li-Ion, le groupe Sony n’avait jusqu’à présent pas envisagé d’investir le secteur des batteries à hautes performances pour l’automobile. C’est chose faite avec la présentation d’une nouvelle génération prévue pour être commercialisée dans les trois prochaines années. Les caractéristiques définitives ne sont pas arrêtées mais Sony évoque des cellules de grande dimension à longue durée de vie basées sur des technologies à état solide.

D’autres entreprises développent des matériaux à très haute densité pour le stockage d’électricité, explorant d’autres voies, pour récupérer l’énergie au freinage, pour délivrer beaucoup de puissance instantanée. Les composants issus de ces matériaux, les supercondensateurs font progressivement leur entrée sur le scène industrielle, ils feront l’objet d’un prochain article de CarFutur.

 

Alain Giaccone pour CarFutur

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Liens vers les entreprises citées :

Sakti3

Silid-State Batteries MIT

Toyota announes 4-layer All-solid-state Battery

Sumitomo Electric

Targray Graphene

Sony to enter EV Battery Market