Une chaîne d’outils de modélisation pour des batteries lithium-ion plus performantes
Les batteries lithium-ion (Li-ion) ont révolutionné l’énergie durable et sont devenues la source d’énergie privilégiée pour diverses applications, et notamment les voitures électriques. Cela est principalement dû à leur haute densité énergétique, à leur longue durée de vie, à leur faible taux d’autodécharge et à leur haute efficacité de charge. Afin d’accélérer le développement de batteries Li-ion à haute densité énergétique, un groupe de chercheurs européens a conçu une chaîne d’outils de modélisation dans le cadre du projet MODALIS2, financé par l’UE et mis en œuvre par un consortium de 15 partenaires. En leur qualité d’experts en outils de simulation de batteries, ils ont apporté une contribution précieuse à l’amélioration des fonctionnalités de la chaîne d’outils, à un meilleur soutien des acteurs de l’industrie et à la résolution de certains de leurs problèmes. «Il est essentiel de disposer d’une chaîne d’outils de modélisation complète pour prendre en compte tous les mécanismes pertinents, depuis les niveaux moléculaire et cellulaire jusqu’à l’intégration finale dans le système complet. Cela permettra à l’industrie d’incorporer de nouveaux matériaux dans leurs cellules de batteries Li-ion de nouvelle génération», explique Martin Petit, coordinateur du projet.
Développer les batteries de nouvelle génération 3b et 4b
Pour le secteur de la mobilité, l’accent est mis sur la chimie des batteries Li-ion, en particulier les batteries à l’état liquide, classées dans la génération 3b, et les batteries à l’état solide, classées dans la génération 4b. Selon Martin Petit, la génération 3b peut augmenter la capacité des électrodes positives et négatives, tandis que la génération 4b utilise des électrolytes à l’état solide pour améliorer la sécurité et faciliter l’utilisation du métal Li dans l’électrode négative. La chaîne d’outils de modélisation MODALIS2 fournit un outil efficace pour appréhender les avantages et les inconvénients des nouveaux matériaux et la fiabilité éventuelle des batteries construites à l’aide de ces derniers. «MODALIS2 offre une grande flexibilité dans les processus de développement des cellules et des batteries, ce qui permet de trouver des solutions efficaces aux problèmes de conception», explique Martin Petit. Il souligne également que l’approche de modélisation est conçue pour réduire le processus d’essais et d’erreurs, coûteux et chronophage. À titre d’exemple, la chaîne d’outils de modélisation permet d’intégrer plus rapidement de nouveaux matériaux innovants dans les cellules des batteries Li-ion de nouvelle génération, pour des véhicules électriques rentables, efficaces et fiables.
Comprendre les avantages et les limites des nouveaux matériaux
MODALIS2 a permis de relever les défis liés aux effets mécaniques des batteries. Selon Martin Petit, les technologies et matériaux émergents des batteries, tels que les électrodes négatives à base de silicium et les électrolytes à l’état solide, manifestent de forts phénomènes de défaillance induits par la mécanique. «Il peut s’agir de mécanismes de dégradation progressive, tels que le vieillissement, ou de défaillances critiques, telles que la croissance dendritique entraînant des courts-circuits», précise-t-il. Les outils de modélisation de MODALIS2 ont été intégrés dans des logiciels courants disponibles dans le commerce. Les fabricants de matériaux, de cellules et d’équipements d’origine ont été formés à ces outils et ont fait part de leurs observations, ce qui a permis de créer une plateforme de modélisation unique englobant l’ensemble des processus de développement des principaux acteurs de la chaîne de valeur des batteries. Cette nouvelle chaîne d’outils peut accélérer l’adoption des véhicules électriques en permettant à l’industrie de développer de manière plus efficace les cellules des batteries Li-ion de nouvelle génération, ouvrant ainsi la voie à l’amélioration des performances des véhicules électriques.
Mots‑clés
MODALIS2, Li-ion, chaîne d’outils de modélisation, véhicules électriques, batteries lithium-ion, génération 3b, densité énergétique, génération 4b, énergie durable
