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Batteries haute technologie, de l’énergie à revendre

  • batterie, BMS, technologie

Que ce soit une lampe de poche ou une Tesla, il n’y a pas de fonctionnement sans batterie. Quelle est la technologie des batteries du futur ? Des chercheurs du monde entier sont à la recherche de nouvelles solutions.

 

Nouveaux défis pour les batteries

Dans de nombreux domaines et notamment dans l'e-mobilité, les batteries sont fondamentales. Elles fournissent le "jus" pour d'innombrables véhicules et applications passionnantes, précisément parce qu'elles n'ont pas besoin d'être connectées à une prise de courant tout le temps. Pourtant, même si la technologie a fait de grands progrès au cours des dernières décennies, les batteries semblent encore un peu dépassées par rapport à l'électronique de pointe. Par exemple, le microprocesseur d'un smartphone est capable d'effectuer des milliards d'opérations en quelques secondes. Or, la charge de la batterie prend des heures. De plus, les batteries sont les plus lourdes de tous les composants installés. Les consommateurs peuvent trouver cela ennuyeux, mais il est normal que les dispositifs de stockage d'énergie et les réactions chimiques à l'intérieur ne puissent pas être miniaturisés comme tel est habituellement le cas dans l'industrie des semi-conducteurs. Dans notre vie quotidienne, nous rencontrons plusieurs types de batteries différentes :

- Batteries alcalines bon marché, par exemple dans les télécommandes et les montres

- Batteries au nickel-cadmium, avec des utilisations similaires aux piles alcalines, mais rechargeables

- Batteries au lithium-ion, par exemple dans les appareils photo, les perceuses et les voitures électriques.

- Batteries au lithium-polymère, par exemple dans les smartphones et les tablettes. Les batteries au lithium polymère sont un type particulier de batterie lithium-ion qui peut être construite très plate, puisqu'un électrolyte gélifié est utilisé au lieu d'un électrolyte liquide. Cependant, elles sont plus sensibles que les batteries lithium-ion.

 

Même si les batteries au lithium sont la référence aujourd'hui, elles présentent certains inconvénients qu'il ne faut pas négliger. La plupart des gens ont vu des photos de smartphones ou de voitures électriques dont les batteries ont pris feu ou même explosé - un scénario d'horreur. C'est pourquoi les chercheurs du monde entier sont à la recherche de nouveaux types de batteries et de nouvelles technologies. L'objectif : diminuer la taille, le poids, le temps de charge et le prix des batteries tout en augmentant leur sécurité. De plus, les éléments du lithium et du cobalt (les principaux composants de nombreuses batteries) ne sont pas disponibles en quantités illimitées.

Les piles au magnésium pourraient être un successeur potentiel. Cette technologie fait l'objet d'un projet de recherche de l'Institut technologique de Karlsruhe (KIT) et de l'Institut Helmholtz à Ulm. « Une batterie au magnésium offrirait des avantages décisifs par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles », écrit le KIT dans un communiqué de presse. « En tant que matériau anodique, le magnésium permet des densités d'énergie beaucoup plus élevées et serait beaucoup plus sûr. » Autre avantage : le magnésium est environ 3000 fois plus commun que le lithium et plus facile à recycler. « Si l'Europe progresse bien dans ce domaine, les batteries au magnésium pourraient également contribuer à réduire la domination des fabricants asiatiques de batteries et à établir une industrie des batteries compétitive en Europe », écrit également le KIT. Un autre candidat pour ce que l'on appelle une batterie à semi-conducteurs est, étonnamment, le verre. Le sodium contenu dans le verre est l'un des éléments les plus courants. De telles batteries à électrolyte de verre spécial peuvent être chargées en quelques minutes, tout en offrant une meilleure sécurité que les batteries au lithium-ion inflammables. Toutefois, un certain temps va s'écouler avant qu'une telle technologie de batterie ne soit prête pour le marché et puisse remplacer les batteries lithium-ion.

 

maxon explore le monde des batteries

Les batteries fabriquées par le spécialiste de la motorisation maxon ? L’entreprise a commencé son voyage dans le monde du stockage d'énergie avec le développement de le BIKEDRIVE, un kit de mise à niveau qui transforme un vélo ordinaire en un vélo électrique. Après quelques difficultés avec le fournisseur de batteries, maxon a décidé de construire ses propres batteries. Cela constitue néanmoins un challenge de taille. La fabrication de batteries exige de la créativité technique, des connaissances techniques et de l'équipement spécialisé. « Pour nous, il s'agit d'un domaine relativement nouveau, mais passionnant », déclare Benny Keller de maxon advanced robotics & systems (mars).

Un bloc-batterie se compose de plusieurs éléments individuels qui délivrent généralement une tension de 3,7 V. En fonction de la façon dont ces éléments individuels sont câblés, le bloc-batterie a des spécifications différentes. Si les cellules sont câblées en série, leur tension est ajoutée. Le câblage des cellules en parallèle augmente la capacité de la batterie. La création d'une combinaison optimale de ces cellules individuelles exige des compétences et des connaissances techniques. « En outre, de nombreuses normes de sécurité doivent être respectées », explique Benny Keller. Un bloc-batterie n'est pas terminé une fois que les cellules ont été collées et câblées par des professionnels. Un système de gestion de la batterie (BMS) est également nécessaire. L'électronique est généralement installée sur un circuit imprimé dans le boîtier de la batterie. Les spécialistes de maxon ont développé et produit leur propre BMS. Le BMS veille à ce que les cellules soient chargées et déchargées uniformément. Ceci est essentiel pour la durée de vie de la batterie. Il y a aussi des aspects de sécurité dans une BMS. Par exemple, il empêche qu'une batterie soit chargée ou soumise à une charge à des températures excessivement basses ou élevées.

 

 

En tant que nouveau venu sur le marché, maxon ne peut pas commencer à produire des batteries en série d'un jour à l'autre. Cependant, l'atelier de Giswil (Suisse) est très bien équipé pour la production de prototypes et de petites séries. Pour de plus grandes quantités, maxon s'appuie sur l'assistance de fabricants renommés dans le sud de l'Allemagne. Les batteries maxon sont conçues pour des applications d'e-mobilité et de robotique.