La recherche de la batterie « verte »

La recherche de la batterie « verte »

AUTOMOTIVE.AT : La plupart des batteries pour voitures électriques sont désormais développées et produites en Asie. L’Europe peut-elle suivre le rythme de l’innovation en Extrême-Orient ?

BOSCHIDAR GANEV : En fait, l’industrie automobile européenne reste fortement dépendante des importations en provenance d’Asie pour les batteries de véhicules. L’UE souhaite donc mettre en place sa propre production de batteries alliant performance, durabilité et préservation des ressources dans l’esprit du Green Deal. Ces batteries intéresseront particulièrement les constructeurs qui souhaitent faire connaître leurs véhicules non seulement en termes de performances et d'autonomie, mais également en termes de respect de l'environnement et du climat et utiliser une batterie la plus adaptée possible au contexte européen. La vision cible comprend : une batterie fabriquée en Europe, avec la proportion la plus élevée possible d'énergie renouvelable / la transparence concernant la composition et l'origine des matériaux / la minimisation des matières premières critiques / de bonnes performances dans la « première » vie, c'est-à-dire lors de l'utilisation dans un véhicule ou un avion / la possibilité d'une utilisation ultérieure dans une « seconde » vie, par exemple comme stockage stationnaire. Enfin et surtout, il y a la recyclabilité prouvée lorsque la batterie a finalement atteint la fin de sa durée de vie.

Que peut apporter le projet HighSpin à l’AIT ?

Le consortium HighSpin, dirigé par AIT, se compose de 13 partenaires de huit pays européens. La Commission européenne a reconnu dès 2017 la nécessité d'une production durable de batteries. L'objectif du développement d'une chimie cellulaire innovante est donc d'utiliser des matières premières moins critiques tout en respectant les principes de l'économie circulaire. Nous souhaitons avant tout remplacer la matière première cobalt, extraite dans des conditions inhumaines et néfastes pour l'environnement, principalement au Congo, par des matières premières moins critiques. Dans le cadre du projet HighSpin, nous testons également deux processus de recyclage différents qui peuvent être utilisés pour extraire des métaux de haute qualité des cellules usagées afin de produire des cellules neuves.

Quelles sont les particularités de cette chimie cellulaire ?

Nous travaillons actuellement au développement d'une anode en silicium/graphite et d'une cathode en oxyde de lithium-nickel-manganèse. La cellule de batterie innovante doit atteindre le plus grand nombre possible de cycles de charge tout en étant adaptée aux applications de seconde vie et au recyclage efficace. L'accent est également mis sur l'évolutivité de la production cellulaire, car les prototypes développés en laboratoire doivent pouvoir être produits industriellement en série avec le moins d'efforts possible.

Quelle densité énergétique et quelle durée de vie auront les dispositifs de stockage d’énergie « verts » développés dans High Spin ?

Notre objectif principal est de réaliser une cellule avec une densité énergétique de 390 Wh/kg et une durée de vie d'au moins 2000 cycles de charge. Nos travaux de recherche se concentrent sur le développement de matériaux et la coordination optimisée des électrodes et de l'électrolyte qui en sont issus. Pour les électrodes, nous recherchons des structures de revêtement 3D innovantes pour augmenter la densité de puissance. Nous optimisons ensuite l'architecture des cellules ainsi développées en fonction des exigences respectives des véhicules et des avions et les testons dans des démonstrateurs de modules.

Combien d’efforts faudra-t-il pour produire ces cellules à l’échelle industrielle ? Faudra-t-il pour cela construire de nouvelles usines de batteries ?  

L'un des avantages de ces cellules de batterie de 3e génération est l'utilisation d'électrolytes liquides, ce qui permet d'utiliser les installations de production existantes. En revanche, de nouveaux processus de production et systèmes de fabrication doivent d'abord être développés pour les batteries à semi-conducteurs de 4e génération, qui font actuellement l'objet de recherches dans le monde entier. Cette technologie du futur remportera certainement la course à moyen et long terme, mais il faudra probablement de nombreuses années pour y parvenir. Parallèlement, les batteries à électrolytes liquides développées dans le cadre du projet HighSpin pourront apporter une contribution précieuse à la durabilité de l'électromobilité.

Quand les batteries « vertes » seront-elles prêtes pour la production en série ?

Notre projet de recherche se poursuivra jusqu’à mi-2026. La chimie cellulaire développée par HighSpin aura ensuite été testée dans des conditions réalistes et sera mise à disposition de l'industrie. Cela développe davantage les batteries et adapte leurs chaînes d’approvisionnement et leurs installations de production. En fonction de la disponibilité des matières premières, j'estime que la production en série sera réalisée à partir de 2028 pour les véhicules et à partir de 2030 pour les avions.