Une étape cruciale vers les batteries de nouvelle génération pour l'électromobilité
Le prototype de batterie à l'état solide associe une densité énergétique élevée à un processus de fabrication rentable
Imec, centre de recherche et d'innovation de premier plan dans les domaines de la nanoélectronique, de l'énergie et de la technologie numérique, a mis au point, en collaboration avec 13 partenaires européens, un prototype de batterie à l'état solide au lithium-métal d'une densité énergétique de 1.070 Wh/L. Cette densité est nettement supérieure à celle des batteries lithium-ion actuelles. La nouvelle batterie peut être produite grâce à un processus facilement adaptable aux lignes de production existantes. Ce développement est une étape cruciale vers la prochaine génération de batteries pour l'électromobilité.
L'autonomie des véhicules électriques (VE) s'est considérablement améliorée ces dernières années; les modèles les plus récents peuvent vous conduire de Bruxelles au soleil français de Lyon sans avoir à être rechargés. Mais avec la demande croissante de VE, il est de plus en plus urgent de mettre au point des batteries ayant une plus grande autonomie et des temps de charge plus rapides. Dans le même temps, il est essentiel que ces batteries restent abordables, car elles représentent actuellement près de la moitié du prix d'un véhicule électrique.
Les performances et l'accessibilité des véhicules électriques dépendent des matériaux utilisés dans les batteries. Les véhicules actuels fonctionnent avec des batteries au lithium-ion, une technologie qui approche de son plafond en termes de densité énergétique. En collaboration avec les fournisseurs de matériaux et les fabricants de batteries, imec a donc commencé à se concentrer sur les batteries à l'état solide il y a plusieurs années. Dans ces dernières, le cœur de la batterie - l'électrolyte - est constitué d'un solide et non d'un liquide, comme dans les batteries au lithium-ion conventionnelles. Ces batteries à l'état solide offrent de nombreux avantages potentiels : une densité énergétique plus élevée, moins de risques d'incendie, des temps de charge plus rapides et une durée de vie plus longue. Jusqu'à présent, cependant, il a été difficile de dépasser la densité énergétique des batteries au lithium-ion, et plus difficile encore de parvenir à une production de masse rentable.
Dans le cadre du projet SOLiDIFY, l'imec et 13 partenaires européens ont mis au point pour la première fois un prototype de batterie lithium-métal à l'état solide d'une densité énergétique exceptionnelle de 1.070 Wh/L. Produite sur le campus EnergyVille de Genk, la cellule de la batterie doit sa densité énergétique élevée à un électrolyte unique pour le transport des ions, basé sur un nanocomposite polymérisé développé par imec. Par rapport aux électrolytes liquides, cette nouvelle batterie présente également une inflammabilité réduite, ce qui accroît la sécurité. Des revêtements protecteurs supplémentaires ont permis d'utiliser des cathodes à faible teneur en cobalt, réduisant ainsi l'impact sur l'environnement tout en offrant une densité énergétique plus élevée.
Le processus de production est possible à température ambiante, adaptable aux lignes de production actuelles de lithium-ion et devrait coûter moins de 150 euros par kWh, ce qui peut être encore optimisé et est prometteur pour des applications industrielles abordables. Le projet est actuellement en phase de mise à l'échelle, avec une validation plus poussée du processus de production.
"La question de savoir à quoi ressemblera la batterie du futur reste ouverte. Le rôle de l'Imec est d'explorer de nouvelles voies, de repousser les limites technologiques et de contribuer ainsi aux ambitions de l'Europe en matière d'autonomie stratégique dans le secteur de l'énergie. Les résultats de recherche prometteurs du projet SOLiDIFY constituent un pas important dans cette direction", déclare Bart Onsia, responsable du développement commercial chez imec/EnergyVille.
Le consortium SOLiDIFY comprenait les centres de recherche imec/EnergyVille (Belgique), Fraunhofer (Allemagne), Centro Richerche Fiat SCPA (Italie) et Empa (Suisse), ainsi que les partenaires industriels VDL Groep (Pays-Bas), Umicore (Belgique), Solith (Italie), SOLVIONIC (France), Sidrabe (Lettonie), Leclanché (Suisse), Gemmate Technologies (Italie) et Powall (Pays-Bas). Le projet a reçu un financement du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne dans le cadre de la convention de subvention n° 875557 et a été coordonné par imec.
