De l´énergie à revendre

Que ce soit une lampe de poche ou une Tesla, elles ne fonctionnent pas sans batterie. Mais quelle sera la technologie des batteries du futur? Des chercheurs du monde entier sont à la recherche de nouvelles solutions.

En électromobilité, pas de déplacement sans batterie. Ce sont elles qui donnent le «jus» à d´innombrables véhicules et applications, fascinants car ils ne sont pas branchés en permanence à une prise de courant. Pourtant, même si cette technologie a beaucoup progressé au cours des dernières décennies, les batteries font encore vieux jeu par rapport aux appareils électroniques dernier cri de haute technologie. À titre d´exemple, le microprocesseur d´un smartphone est capable d´effectuer des milliards d´opérations en quelques secondes. Et recharger des batteries, en revanche, prend des heures. Qui plus est, les batteries sont souvent les composants les plus lourds d'un dispositif. Aussi ennuyeux que cela puisse paraître, il est impossible de miniaturiser les dispositifs de stockage d'énergie et les interactions chimiques qui s'y déroulent comme c'est le cas des semi-conducteurs. Au quotidien, nous rencontrons des batteries, des accus et des piles de différents types:

• Des piles alcalines bon marché, par exemple dans les télécommandes et les montres.
• Les piles au nickel-cadmium, aux utilisations similaires à celles des piles alcalines, mais rechargeables.
• Les batteries lithium-ion, notamment dans les appareils photo, les perceuses électriques et les voitures électriques.
• Les batteries au lithium-polymère, notamment dans les smartphones et les tablettes. Les batteries au lithium-polymère sont un genre particulier de batteries au lithium-ion qui peuvent être très plates, car elles utilisent un électrolyte en gel au lieu d´un électrolyte liquide. Mais elles sont plus sensibles que les batteries lithium-ion.

Même si les batteries au lithium sont la norme aujourd´hui, elles présentent certains inconvénients à ne pas négliger. Nous connaissons tous ces photos de smartphones ou de voitures électriques dont les batteries ont pris feu ou ont explosé. L´horreur. C´est pourquoi des chercheurs du monde entier sont à la recherche de nouveaux concepts et de nouvelles technologies de batteries. L´objectif: réduire la taille, le poids, le temps de charge et le prix des batteries, tout en augmentant leur sécurité. Ajoutons que le lithium et le cobalt (les principaux composants de nombreuses batteries) ne sont pas disponibles en quantité illimitée.

Le magnésium pourrait être un substitut. Cette technologie est au cœur d´un projet de recherche mené par l´Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) et l´Institut Helmholtz d´Ulm. «Une batterie au magnésium présenterait des avantages décisifs par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles», explique le KIT dans un communiqué de presse. «Étant un matériau anodique, le magnésium permet des densités d´énergie bien plus élevées et serait beaucoup plus sûr.» Autre avantage: Le magnésium est environ 3000 fois plus courant que le lithium et plus simple à recycler. «Si nous réussissons en Europe à avancer dans leur développement, les batteries au magnésium pourraient aussi contribuer à réduire la domination des fabricants de batteries asiatiques et à établir une industrie des batteries compétitive en Europe», ajoute le KIT. Un autre matériau permettant éventuellement de développer des batteries à semi-conducteurs est, étonnamment, le verre. Le sodium contenu dans le verre est l´un des éléments les plus courants. Des batteries à électrolyte de verre spécial sont potentiellement capables de se charger en quelques minutes, tout en offrant une meilleure sécurité que les batteries lithium-ion inflammables. Un certain temps sera pourtant nécessaire pour qu´une telle technologie de batterie soit opérationnelle et puisse remplacer les batteries lithium-ion.

maxon explore le monde des batteries

Des batteries fabriquées par le spécialiste des entraînements, maxon? Ce qui peut sembler être une vision du futur est déjà une réalité. maxon a commencé son aventure dans le secteur du stockage de l´énergie en développant le BIKEDRIVE, kit de mise à niveau qui transforme un vélo classique en une bicyclette électrique. Après avoir rencontré quelques difficultés avec son fournisseur, maxon a décidé de fabriquer ses propres batteries. Plus facile à dire qu´à faire! La fabrication de batteries requiert de la créativité en ingénierie, des connaissances techniques et des équipements spécialisés. «Pour nous, il s´agit d´un domaine relativement nouveau, mais passionnant», déclare Benny Keller de maxon advanced robotics & systems (Mars).

Une batterie se compose de plusieurs cellules individuelles qui délivrent généralement une tension de 3,7 V. Selon le type de câblage des cellules individuelles, les spécifications du bloc-piles diffèrent. Lorsque les cellules sont câblées en série, leurs tensions s'additionnent. Un câblage parallèle augmente la capacité de la batterie. Pour créer la meilleure combinaison possible de ces cellules individuelles, des compétences et des connaissances techniques sont nécessaires. «Il est également nécessaire de respecter de nombreuses normes de sécurité», explique Benny Keller. Un bloc-piles n´est pas fini une fois que les cellules sont collées et câblées professionnellement, un système de gestion de la batterie (BMS) est également indispensable. 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. Ce BMS veille à ce que les cellules se chargent et se déchargent de manière uniforme. Ceci est essentiel pour garantir la durée de vie de la batterie. Le BMS prend aussi en charge des aspects liés à la sécurité du fonctionnement: il empêche par exemple qu´une batterie soit chargée ou soumise à une charge à des températures excessivement basses ou élevées.

Il est clair qu´en tant que nouveau venu sur le marché des piles, maxon n´est pas encore capable de produire des batteries en série. Cependant, le laboratoire de Giswil est très bien équipé pour fabriquer des prototypes et des petites quantités. Pour les quantités plus importantes, maxon compte sur l´aide de fabricants renommés du sud de l´Allemagne. Naturellement, les batteries maxon sont conçues pour les applications liées à l´électromobilité et à la robotique.