Dynamiser la prochaine génération d’innovations en matière de batteries
Bien que la plupart des batteries de véhicules en circulation aujourd’hui soient encore basées sur la technologie plomb-acide – développée pour la première fois en 1859 – les batteries lithium-ion (Li-ion) deviennent de plus en plus populaires. Leurs principaux avantages résident dans leur plus forte densité énergétique, leur meilleure capacité de tension et leur plus longue durée de vie. «Le marché du Li-ion connaît une croissance incroyable de 25 % par an», constate Fabien Perdu, coordinateur du projet TEESMAT (Open Innovation Test Bed for Electrochemical Energy Storage Materials) du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives. «Une révolution industrielle est en marche. Les batteries Li-ion sont généralement utilisées dans l’électronique grand public, mais elles sont en passe de devenir un moteur essentiel de la mobilité électrique.» D’autres innovations en matière de batteries à haut rendement énergétique basées sur différentes chimies font leur apparition, notamment les batteries à flux redox, diverses chimies du zinc et des supercondensateurs hybrides. «De nombreux développements sont également en cours dans de potentielles technologies futures telles que les anodes en lithium métal ou silicium, les batteries lithium-soufre et organiques», ajoute Fabien Perdu.
Développement d’une industrie européenne de la batterie compétitive
La mise en œuvre de cette innovation constitue toutefois un défi. «Le développement des batteries implique un compromis délicat entre différents critères», explique Fabien Perdu. «Ces critères, tels que la densité énergétique, la capacité de stockage, le chargement rapide et la sécurité, sont facilement optimisables individuellement, mais peuvent être difficiles à combiner. Derrière ces critères se jouent des dizaines de réactions chimiques et d’effets physiques qu’il est nécessaire de comprendre, de maîtriser ou de contourner.» La compréhension de ces processus est donc essentielle au développement d’une industrie européenne des batteries compétitive et tournée vers l’avenir. La difficulté réside dans le fait que cette expertise n’est pas toujours aisément accessible, ce qui crée un goulot d’étranglement dès le début du développement de nouvelles batteries innovantes. Le projet TEESMAT, financé par l’UE, a cherché à remédier à cette situation en facilitant l’accès à ces connaissances et techniques, et en renforçant l’expertise par le partage des bonnes pratiques et des résultats. Pour ce faire, il a mis en relation des personnes proposant des techniques de caractérisation et une expertise de pointe avec des acteurs industriels du secteur des batteries. «Nous avons mis en place, testé et lancé ce banc d’essai d’innovation ouverte pour permettre aux usagers des services d’accéder à tous les fournisseurs de services via un point d’entrée unique», explique Fabien Perdu. «Les utilisateurs de services peuvent être considérés comme de futurs clients, qui peuvent, via cette plateforme, contacter des experts pour leur soumettre leurs échantillons et leurs questions ouvertes.» La plateforme est soigneusement structurée pour aider les fabricants à identifier la meilleure combinaison de techniques susceptible de répondre à chaque problème individuel. Les échantillons peuvent ensuite être envoyés aux fournisseurs de services concernés et, ensemble, ils peuvent tirer des conclusions des résultats. Lorsque la confidentialité le permet, une base de données rassemble les informations sur les échantillons testés, les résultats et les conclusions, pour permettre le partage des bonnes pratiques. «À ce jour, nous avons géré plus de 700 échantillons et réalisé 250 tests pour plus de 40 cas d’utilisateurs», précise Fabien Perdu. «Pour tous ces cas, la plateforme a permis d’obtenir des résultats qui n’auraient pas été possibles sans la combinaison de techniques complémentaires.»
Des batteries plus sûres, plus durables et plus vertes
Parmi les principaux succès, citons le développement d’un outil de contrôle de la qualité permettant le développement efficace d’électrodes, de batteries de technologie hybride se rechargeant plus rapidement et dotées de cycles de vie plus longs, ainsi qu’une solution destinée à lutter contre l’oxydation du cuivre dans des applications de stockage de l’énergie. La plateforme a également identifié et testé avec succès un mécanisme permettant de prédire la durée de vie des cellules Li-ion des véhicules automobiles. «Nous avons pu attirer des fournisseurs de services externes, ce qui contribué à élargir notre portefeuille de compétences», ajoute Fabien Perdu. «Attirer davantage d’utilisateurs de services nous permettra d’élargir notre base de futurs clients, et d’apporter un précieux retour d’information sur la plateforme TEESMAT.» Les prochaines étapes consisteront notamment à préparer la phase commerciale. «Après l’achèvement du projet en août 2022, la plateforme continuera à fonctionner sous la forme d’un service payant», explique Fabien Perdu. «Nous nous concentrons donc pour l’instant sur les questions de gouvernance et d’exploitation, et sur la liste précise des techniques de caractérisation qui seront proposées.» TEESMAT continuera par conséquent à jouer un rôle essentiel dans le développement d’un secteur européen des batteries compétitif et à la pointe de la technologie. «Notre banc d’essai d’innovation ouverte a réellement apporté une expertise sur diverses techniques de caractérisation, et l’a mise à la disposition de l’industrie des batteries», déclare Fabien Perdu. «Nous espérons ainsi avoir contribué à l’élaboration de meilleures batteries, plus sûres, plus durables, moins chères et plus vertes.»
Mots‑clés
TEESMAT, innovation ouverte, banc d’essai, batteries, Li-ion, supercondensateurs, lithium, silicium, énergie, électrodes