Publié le 13 janvier 2021.
Par La Rédaction

[CES 2021] Point de vue d’une startup sur les enjeux de la batterie

Publié le 13 janvier 2021.
Par La Rédaction

Les défis de la conception des batteries sont nombreux. Ils concernent notamment la densité d'énergie, la densité de puissance, la recharge rapide, la fiabilité, la sécurité, les coûts et la durabilité.

C’est l’un des domaines les plus importants à explorer pour la prochaine décennie. La demande croissante de sources d’énergie alternatives, la sensibilisation croissante aux émissions de carbone et le déploiement de technologies énergétiques plus propres sont quelques-uns des principaux facteurs qui stimulent le marché des piles à combustible.

La taille du marché mondial de la technologie des batteries devrait passer de 92,0 milliards USD en 2020 à 152,3 milliards USD d’ici 2025, avec un TCAC de 10,6 %. Les principaux facteurs qui animent le marché sont la baisse des prix des batteries lithium-ion, l’adoption rapide des véhicules électriques, la croissance du secteur des énergies renouvelables et l’augmentation des ventes d’électronique grand public… D’un autre côté, l’inadéquation demande-offre des matières premières est susceptible d’entraver la croissance du marché.

La startup Thunderzee invente une batterie Zinc air révolutionnaire qui non seulement élimine le risque d’incendie qui est couramment observé dans les batteries lithium-ion, mais fournit également plus d’énergie, pèse moins lourd, coûte moins cher et respecte l’environnement. En règle générale, les piles zinc-air sont conçues pour les décharges de faible puissance et les appareils à petite échelle, tels que les appareils auditifs. Elles ne conviennent pas aux applications à haute puissance. La pile à combustible zinc-air de Thunderzee est un composant haute performance qui peut fournir simultanément une énergie et une puissance supérieures à celles des piles à combustible zinc-air traditionnelles.

La densité d’énergie

Elle est limitée par la chimie de la batterie qui, même sans pertes, limite la densité d’énergie théorique. La chimie est définie par le matériau de l’électrode et la composition de l’électrolyte. Les batteries lithium-air se rapprochent de la densité énergétique de l’essence, qui est probablement proche de la densité énergétique maximale d’une batterie. Cependant, les composants nécessaires à la gestion thermique et à la collecte du courant contribuent au poids total du système de batterie. La conception de ces composants peut considérablement influencer la densité d’énergie d’un système de batterie.

La densité de puissance

Celle de la batterie est importante pour l’efficacité des véhicules électriques. Une densité de puissance élevée est nécessaire pour récupérer de grandes quantités d’énergie en peu de temps pendant le freinage par récupération ou la recharge rapide. Ceci pose un problème d’optimisation difficile car le système doit faire face à des densités de courant très élevées pendant la recharge et des densités de courant relativement faibles pendant la décharge. Elle concerne également la conception de la gestion thermique et des collecteurs de courant mentionnés ci-dessus. De plus, la conception des composants fondamentaux de la batterie tels que les électrodes, le séparateur et l’électrolyte sont d’une grande importance pour la densité de puissance.

Les batteries doivent toujours être durables et fiables

La vie est une considération majeure où la sécurité et la fiabilité sont étroitement liées. La décharge, l’usure et la défaillance doivent se produire lentement et de manière contrôlée et transparente. Ce n’est pas seulement un problème de chimie de la batterie, mais aussi de conception, car une distribution de densité de courant inégale et un mauvais contrôle de la décharge/recharge et du système de gestion thermique peuvent accélérer l’usure et augmenter les risques de panne. Les courts-circuits formés par le dépôt de métal peuvent être responsables d’une diminution des performances ainsi que d’un risque accru de surchauffe. Des technologies de surveillance de l’état de santé sont nécessaires pour évaluer en permanence l’état du système de batterie et les risques de panne.

Le processus de fabrication des batteries haute puissance et des groupes motopropulseurs électriques n’est pas aussi optimisé que celui des groupes motopropulseurs mécaniques pour moteurs à combustion. Il existe un plus grand potentiel de gains de productivité et de réduction des coûts grâce à une production à grande échelle dans le processus de fabrication des composants de batterie.

Le développement de nouvelles batteries doit inclure l’aspect de la durabilité. Il doit y avoir une stratégie d’extraction, de recyclage, de production et d’élimination de nouveaux types de batteries. C’est avant tout une question juridique pour les gouvernements, mais aussi une considération commerciale pour les fabricants de batteries et les constructeurs automobiles.

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