Crédit photo : Fraunhofer ISE
Une avancée significative dans la conception des batteries
Une équipe de recherche dirigée par l’Allemagne a récemment annoncé qu’un design de batterie simplifié pourrait permettre de concentrer plus d’énergie dans une cellule de même taille. Cela pourrait prolonger la durée d’utilisation des batteries ou augmenter leur capacité de stockage sans que les packs ne deviennent plus volumineux.
Détails de la recherche
Selon PV Magazine, cette méthode utilise des électrodes beaucoup plus épaisses, ce qui pourrait augmenter la densité énergétique au niveau de la cellule de 10% à 15% sans modifier le poids. Ce projet a été réalisé par un consortium mené par l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire, qui a testé ce design sur des batteries lithium-ion, sodium-ion et zinc-ion, et a même développé des cellules de prototype lithium-ion.
L’idée principale consiste à réduire la quantité de composants internes qui ne participent pas au stockage de l’énergie, permettant ainsi de maximiser l’utilisation des matériaux réellement efficaces dans la cellule.
Oliver Fitz, responsable de la technologie des cellules de batterie chez Fraunhofer ISE, a précisé que l’équipe a pu augmenter l’épaisseur du revêtement des électrodes, passant de 0,0039 pouces (100 µm) à des épaisseurs allant jusqu’à 0,0315 pouces (800 µm).
L’avenir de la production de batteries
Dans de nombreuses batteries actuelles, les couches de collecteurs de courant facilitent le mouvement de l’électricité à travers la cellule, mais prennent également de la place et ajoutent du poids. En réduisant le nombre de ces couches, la capacité de stockage pourrait être augmentée sans alourdir la batterie.
Les cellules de batterie ainsi produites, selon Fraunhofer ISE, sont exemptes de PFAS et fabriquées sans solvants toxiques. Les PFAS, abréviation de substances per- et polyfluoroalkyles, désignent une classe de produits chimiques synthétiques persistants dans l’environnement, souvent qualifiés de “produits chimiques éternels”.
Contexte élargi
Fraunhofer ISE a déclaré que la nouvelle architecture des cellules a été pensée pour un futur de production de masse. La ligne de production potentielle pour les électrodes présenterait une complexité de processus bien inférieure par rapport aux systèmes de revêtement par voie humide actuels, ce qui réduirait les coûts d’investissement. De plus, les coûts d’exploitation seraient également inférieurs, car moins d’espace et d’énergie seraient nécessaires. Cette technologie pourrait donc permettre aux petites et moyennes entreprises d’implanter leurs propres usines de production de cellules de batteries en Allemagne.
Des batteries plus denses en énergie pourraient jouer un rôle clé dans le stockage de secours pour les foyers, entreprises et infrastructures urbaines. Un stockage stationnaire plus puissant peut aider à réguler l’énergie issue du solaire et de l’éolien, gérer les pics de demande, et renforcer la résilience durant les coupures de courant ou les événements climatiques extrêmes.
En appliquant ce design à des cellules sodium-ion et zinc-ion, les chercheurs ouvrent la voie à des applications potentielles dans divers types de chimie de batteries, y compris celles prévues pour le stockage stationnaire.
Les étapes en cours
L’équipe a pu développer cette conception d’électrodes épaisses grâce à trois projets : “VORAN – Stockage innovant de batteries sodium-ion pour applications stationnaires et mobiles”, “INFAB – Batteries zinc-ion pour stockage d’énergie stationnaire – Fabrication et assemblage”, et “WinZIB2 – Système innovant de batterie zinc-ion déployable à l’échelle mondiale”, selon PV Magazine.
Des partenaires tels qu’ACP Systems, Helmut Hechinger, l’Institut photovoltaïque de l’Université de Stuttgart, et l’Institut de technologie de Karlsruhe sont également impliqués.
Andreas Bett, directeur de Fraunhofer ISE, a souligné l’importance du stockage de batteries stationnaire dans un système énergétique neutre en carbone face à des sources d’énergie fluctuantes comme le solaire et l’éolien. Il a insisté sur le besoin pour l’Allemagne de construire sa capacité de production pour répondre à la demande croissante de batteries, créant ainsi de la valeur sur le territoire.
Informations supplémentaires
Les chercheurs s’engagent sur plusieurs fronts pour incorporer plus d’énergie dans les cellules tout en maintenant un équilibre entre coûts et performances. Voici quelques initiatives intéressantes :
- À Argonne, des scientifiques ont mis au point un additif lithium-soufre qui améliore la densité énergétique et les performances globales des batteries.
- En Chine, des avancées dans les batteries solides ont été réalisées pour des appareils électroniques et des véhicules électriques.
- En Norvège, des développeurs de l’NTNU ont testé un revêtement lithium-soufre pour améliorer les performances des véhicules électriques.
L’initiative des électrodes épaisses de Fraunhofer ISE représente une étape dans un mouvement plus vaste visant à concevoir des batteries plus denses, moins coûteuses et plus flexibles. En parallèle à ces avancées, d’autres travaux dans ce domaine montrent combien le domaine évolue rapidement.
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FAQ
Qu’est-ce que la densité énergétique dans les batteries ?
La densité énergétique est une mesure de la quantité d’énergie stockée par unité de volume ou de poids dans une batterie, essentielle pour déterminer son efficacité.
Quels types de batteries ont été testés dans cette recherche ?
Les recherches ont été menées sur des batteries lithium-ion, sodium-ion et zinc-ion, offrant une polyvalence dans les applications.
Quels sont les avantages des électrodes plus épaisses ?
Les électrodes plus épaisses permettent d’augmenter la capacité de stockage tout en conservant le poids de la batterie, améliorant ainsi l’efficacité.
Comment les nouvelles technologies de batteries peuvent-elles contribuer à la durabilité énergétique ?
Ces technologies augmentent le stockage d’énergie renouvelable, favorisant une utilisation plus efficace des sources d’énergie comme le solaire et l’éolien, et réduisant la dépendance aux combustibles fossiles.
Quels défis subsistent pour la production de batteries en masse ?
Les défis comprennent la réduction des coûts de fabrication, l’impact environnemental des matériaux utilisés, et la nécessité de respecter des normes de sécurité élevées.
