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Découverte

Batteries lithium-ion: la fiabilité, enjeu n°1


Speedy Life
Lundi 11 Février 2013




Les batteries au lithium-ion sont surtout médiatisées pour leur utilisation dans les véhicules électriques. Et leur efficacité avance d'ailleurs à grand pas. Au mois de décembre 2011 à Tokyo, deux grandes firmes mondiales du secteur automobile, BMW et Toyota on signé un accord de partenariat sur les technologies concernant les batteries qui vont équiper les prochains modèles de voitures écologiques.


Batteries lithium-ion: la fiabilité, enjeu n°1
Cet accord international, d’un constructeur européen avec un des constructeurs les plus avancés dans la mise au point de voitures hybrides, ne fait que confirmer les enjeux industriels et économiques que représente l’essor des véhicules électriques. Si ce rapprochement concerne aussi des échanges de technologie - BMW partagera son expertise sur son moteur diesel - il avalise la coopération des deux groupes dans des programmes de recherche et développement sur les batteries lithium-ion. Les deux firmes projettent en effet d’améliorer la performance et le temps de recharge des accumulateurs, actuel point faible des voitures hybrides.
 
Ce type de batteries est pourtant largement utilisé aussi dans d'autres secteurs et pour d'autres produits : téléphones mobiles, ordinateurs et tablettes, outillage professionnel, terminaux de paiements, et, on le sait moins, dans le matériel médical avec les pacemakers et les défibrillateurs notamment. Tous ces produits sont des objets usuels à qui on demande une autonomie et une sécurité toujours plus grandes.
 
La lithium-ion plébiscitée dans le monde entier
 
La technologie des accumulateurs à base de lithium-ion est adoptée par la plupart des industriels en raison de son poids, mais aussi pour ses facilités à être rechargée. Parmi les intégrateurs,  plusieurs se sont spécialisés dans les batteries lithium-ion et proposent, à l'instar de Forsee Power Solutions, du « sur mesure  » aux industriels. Leur activité est qualifiée de "polyvalente" puisqu'elles assurent le choix de l’accumulateur, les solutions d’assemblage (Soft Packs), l’installation de l’électronique de gestion de l’énergie (Business Management System), la création du boitier et l’installation du chargeur.
 
 Jusqu’à aujourd’hui, on n’a pas trouvé mieux pour fournir une énergie électrique à des objets nomades et le développement de ces batteries semble assuré pour les années à venir. Une certitude pour René de Gaillande, président de la jeune entreprise Forsee Power qui parie sur des solutions innovantes. Il estime que les grands industriels mondiaux entretiennent la demande finale de produits nomades innovants, et continueront d'avoir recours aux services d'intégrateurs hautement qualifiés.
 
Une étude du cabinet Pike Research publiée sur le site de l’AVEM indique effectivement que la demande va croissant. Les Chinois et les Japonais, par exemple, investissent sur les batteries lithium-ion pour leurs futurs scooters et mobylettes, et on estime à 65 millions le nombre de deux roues électriques qui seront vendus en 2018  dans la zone Asie-Pacifique. Pike Research note qu’il existe de fortes attentes de la part des consommateurs sur les performances en termes de qualité et de durabilité des batteries. Au Japon, 37 % de scooters électriques fonctionneront avec des batteries Li-ion en 2018, et ce sera le cas de 100 % des motocyclettes électriques d’ici 2015.
 
Les batteries de l'extrême
 
La fiabilité des piles lithium-ion est désormais démontrée dans de nombreux  domaines et dans des conditions extrêmes. Début mai 2012, les médias ont célébré le tour du monde du PlanetSolar, un catamaran de 35 mètres, propulsé par l’énergie électrique fournie par ses 537 m2 de panneaux photovoltaïques qui alimentaient 6 blocs de batteries lithium-ion. Un voyage de 60 000 kilomètres accompli avec deux moteurs de 60kW et deux autres moteurs de 10kW qui offraient une autonomie de 300 km lorsque les batteries étaient chargées à 100%. Un exploit comparable à celui de l'astromobile Opportunity envoyée sur Mars en 2004 et qui a sillonné la planète grâce à une batterie lithium-ion rechargeable elle aussi avec ses panneaux solaires et malgré une température de -100°C. Elle devrait d’ailleurs reprendre du service en juillet 2012 pour poursuivre son programme d’exploration géologique.
 
Des enjeux technologiques et financiers
 
Si les batteries lithium-ion ont déjà atteint un bon taux de fiabilité, les recherches continuent pour parvenir à la sécurité maximale. Philipe Alleil, directeur technique chez Forsee Power Solutions en rappelle les fondements: « l'ampleur des contrôles qui sont effectués dans nos laboratoires est particulièrement poussée. A conditions d'utilisation parfois extrêmes de nos systèmes, tests de conformité extrêmes! Par ailleurs, il existe certains domaines dans lesquels les enjeux de sécurité sont tels qu'ils n'autorisent aucune marge d'erreur. Je pense par exemple aux équipements médicaux comme les oxygénateurs et les respirateurs. Ce marché n'admet pas les apprentis sorciers. Il en va de même pour les équipements de sécurité, ou pour les terminaux de paiement. »
 
Un exemple de recherche prometteuse: celle de l’entreprise japonaise Teijin Techno Products Limited, qui a créé une nanofibre à base d’aramide, un matériau résistant à la chaleur, qui permettrait de réduire les risques d'incendie en cas de choc. Ce composant, un séparateur microscopique qui dissocie l’anode de la cathode sur une batterie type lithium-ion, évite le court-circuit en cas de collision. Autre avantage, il réduirait le coût de production des batteries. Teijin espère lancer la production en série en 2014.
 
L’enjeu financier de la recherche sur les batteries rechargeables est énorme, surtout pour une planète qui doit apprendre à rationnaliser ses sources d’énergie. Aux Etats-unis une équipe de l’université américaine Northwestern a mis au point un nouveau type de batteries lithium-ion 10 fois plus autonomes et également rechargeables plus rapidement en changeant quelques-uns des matériaux qui les composent. Ces scientifiques sont parvenus à améliorer la charge maximale en remplaçant les feuilles de silicium par des grappes pour augmenter le nombre d'ions de Lithium que la batterie peut contenir. Le temps de charge est également réduit grâce à un procédé d'oxydation chimique consistant à forer des millions de trous (de 20 à 40 nm de large) sur la couche de graphène.
 
Les batteries rechargeables sont sur le point d'envahir notre quotidien et leur empreinte carbone doit donc être prise en compte. Un exemple de succès dans ce domaine : Deux français Farouk Tedjar et Jean-Claude Foudraz de l'entreprise Recupyl ont été sélectionnés dans le cadre du Prix de l’inventeur européen pour leur solution innovante de recyclage des batteries lithium-ion. Cette nouvelle méthode de retraitement s’appuie sur une technologie hydrométallurgique qui permet de récupérer 98% des métaux précieux qu'elles contiennent.
 
Finalement, les batteries lithium-ion seront non seulement plus performantes mais également mieux intégrées aux démarches de protection de l’environnement grâce aux efforts des industriels et aux réglementations mises en place par les gouvernements. Un gage de pérennité à l'heure où les enjeux de l'éco-conception s'immiscent dans les choix d'équipement des ménages.




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