Les batteries des voitures électriques sont un sujet controversé et l’un des facteurs que l’innovation tente de surmonter pour plusieurs raisons : le prix et l’instabilité du lithium, la faible recyclabilité des batteries actuelles, etc. Ces batteries sèches sont considérées comme une solution formidable et très durable.
Qu’est-ce que la fabrication en sec de batteries ?
La fabrication en sec de batteries implique la production d’électrodes sans l’utilisation de solvants liquides. Traditionnellement, la fabrication des électrodes nécessite l’utilisation de solvants organiques pour mélanger les matériaux actifs avec des liants et des additifs. Ces solvants sont ensuite évaporés lors du processus de séchage, ce qui consomme beaucoup d’énergie et de temps. En revanche, la fabrication en sec utilise des techniques de traitement à l’état solide, éliminant ainsi la nécessité de solvants liquides et simplifiant le processus de production
Les premières expériences menées au laboratoire national Oak Ridge du ministère de l’énergie ont révélé qu’un processus de fabrication de batteries sèches pourrait présenter des avantages significatifs en termes d’avancement de la taxation des voitures électriques et d’élimination des voitures fonctionnant aux combustibles fossiles.
En effet, ce procédé permettrait d’éliminer les solvants tout en promettant de produire une batterie de longue durée moins chargée en éléments inactifs. Et capable de maintenir une capacité de stockage d’énergie élevée après utilisation. De telles améliorations pourraient favoriser l’adoption des voitures électriques.
Le traitement à sec est une solution relativement nouvelle qui permet d’économiser de l’espace dans les usines. Elle permet également d’économiser du temps, de l’énergie, des déchets et des coûts de démarrage. Toutefois, jusqu’à présent, les chercheurs n’avaient qu’une compréhension limitée de la manière dont ce procédé pouvait fonctionner et être rentable, afin de l’intégrer dans les voitures électriques produites en série.
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Avancées récentes dans la fabrication en sec
Des entreprises et des chercheurs à travers le monde travaillent sur des technologies innovantes pour améliorer la fabrication en sec. Parmi ces innovations, on trouve :
- Liants polymères avancés : Les chercheurs développent des liants polymères qui peuvent être mélangés à sec avec des matériaux actifs pour former des électrodes solides et homogènes.
- Techniques de mélange à haute énergie : L’utilisation de techniques de mélange à haute énergie permet de disperser uniformément les matériaux actifs et les liants, améliorant ainsi la performance des électrodes.
- Traitement par extrusion : Le traitement par extrusion est une technique prometteuse pour la fabrication en sec d’électrodes, car il permet de former des films minces et uniformes à partir de matériaux solides.
Tester les options
L’ORNL et son partenaire industriel Navitas Systems ont testé la manière dont le processus à sec affecte la structure des matériaux des batteries et leurs propriétés électrochimiques. Les batteries produisent de l’énergie lorsque les ions lithium voyagent entre deux électrodes appelées cathode et anode, avec des charges opposées.
L’équipe s’est concentrée sur une stratégie de traitement à sec des électrodes, qui consiste à mélanger des poudres sèches avec un liant, puis à compacter le matériau pour améliorer le contact entre les particules. Cette procédure pourrait être appliquée à la fois à l’anode et à la cathode, en se concentrant sur certains matériaux ou certaines méthodes de mélange.
Après la fabrication des électrodes par Navitas, les chercheurs de l’ORNL dirigés par Jianlin Li et Runming Tao ont mesuré leurs performances électrochimiques dans différentes conditions. Et sur différentes périodes de temps. L’équipe de l’ORNL est parvenue à une nouvelle compréhension de la manière dont les électrodes traitées à sec se dégradent. Une avancée majeure dans la fabrication à sec des batteries.
Hautement souhaitable pour les voitures électriques
Les batteries de voitures électriques fabriquées selon le procédé à sec ont montré une « excellente » volonté de maintenir leur capacité après une utilisation prolongée. Elles sont « hautement souhaitables d’un point de vue chimique » parce que leur structure permet aux ions lithium d’emprunter un chemin plus direct entre l’anode et la cathode. Les électrodes sont plus épaisses, ce qui permet une charge énergétique plus élevée tout en réduisant les ingrédients inactifs qui augmentent la taille et le poids.
Avantages de la fabrication en sec
- Réduction des coûts de production : En éliminant les solvants liquides et les étapes de séchage, la fabrication en sec réduit les coûts énergétiques et les besoins en équipements.
- Amélioration de la durabilité : La fabrication en sec est plus respectueuse de l’environnement, car elle réduit les émissions de composés organiques volatils (COV) et la consommation d’énergie.
- Augmentation de l’efficacité : Le processus simplifié permet d’augmenter la vitesse de production, ce qui peut répondre à la demande croissante de batteries pour les véhicules électriques.
« Il y a plus de matériaux actifs dans l’électrode », a déclaré M. Tao. “Ces avantages reflètent une densité énergétique élevée et une bonne cyclabilité à long terme. L’électrode peut se plier et se déformer facilement, ce qui démontre une excellente résistance mécanique et la capacité d’enroulement nécessaire à la production de masse des batteries.” Il s’agit d’une avancée majeure pour la fabrication à sec de batteries pour les voitures électriques.
La fabrication en sec de batteries représente une avancée majeure pour l’industrie des véhicules électriques. En réduisant les coûts, en améliorant la durabilité et en augmentant l’efficacité de la production, cette technologie a le potentiel de transformer le marché des batteries. Bien que des défis subsistent, les innovations technologiques, les collaborations entre l’industrie et la recherche, et les politiques de soutien peuvent permettre de surmonter ces obstacles. Avec une adoption croissante, la fabrication en sec pourrait jouer un rôle clé dans la transition vers une mobilité plus durable et respectueuse de l’environnement.
