Nouvelles batteries, de l'espoir pour les VE ?

Bonjour,

Pour info, les batteries (Panasonic) de Tesla font +/- 270 W/h par kg, et ces nouvelles batteries Kyocera pourraient offrir jusqu'à 500 W/h par kg !

L'intérêt, outre l'aspect écologique et le coût de fabrication, est la masse énergétique/poids : soit on divise le poids de la batterie par 2 pour conserver l'autonomie actuelle, soit on conserve le même poids pour une autonomie doublée.

A poids égal pour la batterie, une Zoé pourrait parcourir 600 kms au lieu de +/- 300 kms actuellement ; par exemple.

* J'utilise le terme "poids" à tort pour rester dans le langage commun, mais "masse" serait plus conforme.

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Article traduit :

"Kyocera Corp commencera la production en volume d'une nouvelle batterie lithium-ion (Li-ion) ne provoquant en principe aucun accident et devrait augmenter considérablement la densité de capacité en 2020.

La nouvelle batterie Li-ion peut réduire les coûts de matériaux d'environ 40% et réduire le processus de fabrication à 1/3, par rapport aux batteries Li-ion existantes, selon Kyocera. En outre, il pose moins de problèmes techniques que les batteries entièrement solides, qui peuvent offrir une sécurité et une densité élevées et attirer l'attention. Par conséquent, la nouvelle batterie peut commencer à être produite en masse au début.

Pour la nouvelle batterie, Kyocera a utilisé une composition de boue totalement nouvelle qui constitue une électrode avec un collecteur (feuille métallique en général). La boue existante comprend (1) des matériaux actifs (qui absorbent et déchargent les ions Li et contribuent au pouvoir de stockage), (2) un liant (adhésif) qui facilite la fixation de la boue au corps métallique, (3) un solvant qui rend l'application de la suspension plus facile, etc.

D'autre part, la nouvelle batterie élimine le besoin d'un liant et d'un solvant. Le procédé de fabrication existant nécessite un processus de séchage après l'application de la boue liquéfiée en utilisant un liant ou un solvant sur la feuille métallique, et le volume de la boue est réduit, rendant impossible l'application épaisse de la boue. La nouvelle batterie Li-ion peut éliminer le processus de séchage car elle n'utilise pas de liant et permet d'appliquer la suspension épaisse.

Selon 24M Technologies Inc, dont la technologie est à la base de la nouvelle batterie, l’épaisseur du lisier peut être comprise entre 300 et 500 µm, soit environ cinq fois la taille des batteries existantes (60 à 110 µm).

Si la nouvelle batterie incorpore la même quantité de matériaux actifs que les batteries existantes, il devient possible de réduire la quantité de feuille de métal, ce qui permet de réduire le coût des matériaux et d'améliorer la densité énergétique. La densité énergétique de cette pièce est trois à quatre fois supérieure à celle des produits existants.

La boue de 24M contient de l'électrolyte et est visqueuse. En se concentrant sur le lisier visqueux, la société appelle la nouvelle batterie une batterie "de type argile".

Sécurité, fiabilité améliorées en améliorant la conception.

La nouvelle batterie présente (1) une amélioration de la conception visant à améliorer la sécurité et la fiabilité et (2) une caractéristique technique permettant d’améliorer la densité de la capacité à un niveau impossible à atteindre par les batteries existantes. De plus, cela permet de recycler des matériaux rares à moindre coût sans les décomposer.

Tout d’abord, afin d’assurer une sécurité élevée et une fiabilité élevée, Kyocera a empêché les variations du processus de production de causer des défauts. Dans le cas de batteries Li-ion existantes, un électrolyte et un séparateur sont pris en sandwich entre des électrodes, constituant une cellule de batterie.

Parfois, une poudre métallique produite au moment de la séparation et du soudage pour constituer une cellule pénètre dans une cellule, ou un court-circuit est provoqué entre les électrodes positives et négatives en raison du déplacement de l’électrode, provoquant un accident d’incendie.

La nouvelle batterie ne nécessite pas de processus de coupe du métal car elle utilise une feuille de métal traitée. Le soudage du terminal externe de la cellule est effectué après le scellement de chaque cellule en utilisant un film plastique et un traitement de poche. Par conséquent, les pièces métalliques produites au moment du soudage ne pénètrent pas dans les cellules. En outre, de nombreuses cellules sont combinées pour former un module après avoir scellé les cellules. Ainsi, les pièces métalliques produites au moment du traitement du boîtier métallique du module n'entrent pas non plus dans les cellules.

Si un court-circuit devait se produire dans une cellule, celle-ci serait isolée par le matériau de la pochette et n'affecterait pas les autres cellules. Selon Kyocera, les électrodes sont fixées avec le séparateur par le traitement de la poche et sont à peine disloquées.

Plus d'options matérielles pourraient atteindre une densité de capacité de 500Wh / kg

La nouvelle batterie a le potentiel d’améliorer la densité de capacité car elle permet de sélectionner un électrolyte et un matériau actif parmi un plus grand nombre d’options que les batteries existantes.

En ce qui concerne l'électrolyte, en plaçant un électrolyte solide entre les électrodes positive et négative, il devient possible de sélectionner un électrolyte approprié pour chacun des matériaux actifs de l'électrode positive et de l'électrode négative.

Dans le cas de batteries Li-ion existantes, l'électrolyte est injecté de manière à remplir l'espace entre les électrodes positives et négatives. Étant donné que le même électrolyte est utilisé pour les deux électrodes, il n'est pas possible d'utiliser, par exemple, un matériau excellent pour l'électrode positive mais qui provoque un effet secondaire sur l'électrode négative.

D'autre part, pour la nouvelle batterie, par exemple, un matériau à base d'éther adapté uniquement à l'électrode négative et un matériau à base de fluor adapté uniquement à l'électrode positive peuvent être utilisés.

La nouvelle batterie n'utilise pas de liant pour électrolyte. Ainsi, il est possible d'utiliser un matériau actif qui réalise une densité d'énergie élevée à un potentiel élevé, ce qui déclenche une réaction avec le liant.

De plus, 24M Technologies appliquera (1) une méthode d'utilisation de silicium de haute pureté (Si) pour l'électrode négative dans le but d'augmenter la capacité à l'avenir et (2) une méthode d'imprégnation de la batterie avec une quantité excessive de Li faire face au phénomène dans lequel le nombre d'ions Li, qui contribuent à la puissance de stockage, diminue en raison d'une utilisation à long terme.

Recyclage des matériaux sans perte.

Les matériaux de la nouvelle batterie peuvent être facilement recyclés. Du fait que sa boue ne comprend pas de liant, la boue peut être facilement séparée de la feuille métallique et recyclée en tant que matière première utilisée dans le processus de fabrication presque telle quelle.

Dans le cas de batteries Li-ion existantes, il est difficile de séparer la boue séchée de la feuille métallique et il est nécessaire de la séparer en Li, etc.

Dans de nombreux cas, le nombre d'ions Li dans les matériaux actifs diminue après utilisation. Donc, 24M Technologies développe une méthode pour ajouter des ions Li au moment du recyclage."

Source : https://japantoday.com/category/tech/kyocera-to-roll-out-new-li-ion-battery-in-2020

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Il existe aussi une autre technologie un peu moins récente, la batterie au lithium titanate (LTO) ; j'ai peu d'infos mais voici le principal :

- Durée de vie des cycles très longue - J'ai vu des chiffres de 10 000 à 20 000 cycles ou plus, par rapport à 500 à 2000 pour le Li-ion NMC*.

- Taux de charge / décharge très élevés avec des temps de charge / décharge inférieurs à 10 minutes (ou éventuellement beaucoup plus rapidement).

- Capacité à fonctionner en dessous de 0° C. Je crois comprendre que les cellules Li-ion et LiFePO4 ne doivent pas être chargées à une température inférieure à zéro degré C, car un dépôt métallique de lithium au niveau de l'anode peut se produire, ce qui endommagerait la batterie et entraînerait un risque d'incendie.

- faible capacité/volume, et tension de 2.4V. Cependant, la densité énergétique des batteries à base de LTO reste supérieure à celle des batteries au plomb-acide et NiCad.

* Batterie li-ion NMC => 200 Wh/kg, et +/- 500 cycles.

Diabolo1

Ce sont des développements intéressants. Mais pour moi de simples étapes.

Globalement il s'agit de travailler sur les matériaux («acier traité» en fait revêtu) en réduisant l'épaisseur : c'est la piste la plus simple pour gagner en autonomie. D'autres démonstrateurs ont affiché des performances encore plus impressionnantes.

La contrepartie est le risque de perforation, avec pour conséquence l'incendie ou l'explosion. L'enveloppe étanche («pochette») est une bonne idée, le système Bolloré utilise cette méthode mais pour un autre objectif.

Reste que tout cela est à tester sur le long terme et lors d'accident.

Surtout que le texte y compris original n'est pas bien clair sur la présence ou absence de solvant.

Une autre technologie intéressante : supercondensateurs associés à la batterie li-ion !

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Article :

"Un projet financé par l'UE a dévoilé un nouveau dispositif destiné aux véhicules hybrides qui combine la haute densité énergétique des batteries lithium-ion à la charge rapide et au taux d'auto-décharge des supercondensateurs.

Les véhicules hybrides sont depuis longtemps présentés comme des alternatives durables aux véhicules classiques dans la mesure où ils consomment beaucoup moins de combustible fossile et produisent bien moins de gaz à effet de serre. Malgré leur potentiel prometteur, le type de batterie qu'ils requièrent limite leur adoption par le marché.

Les batteries plomb-acide qui ont été utilisées pendant des décennies dans les voitures sont économiques, fiables et leur performance a été démontrée. Cependant, de nouvelles technologies de batteries et des normes anti-pollution plus strictes sur les émissions de dioxyde de carbone, ainsi que l'interdiction de l'usage de matériaux dangereux, ont conduit à une nette réduction de leur utilisation.

L'objectif du projet LEFAPO financé par l'UE était de proposer une technologie de remplacement de ces batteries plomb-acide qui font partie de notre quotidien depuis plus de 150 ans. "Du fait de leur coût réduit et de courants de démarrage élevés les batteries plomb-acide restent très demandées pour les démarreurs de voitures y compris pour les véhicules électriques. Elles s'avèrent toutefois très lourdes par rapport à la quantité d'énergie qu'elles stockent ce qui constitue un gros inconvénient pour les applications mobiles" explique Josef Tichánek responsable du développement commercial chez Olife Corporation.

Les avantages des supercondensateurs

Les supercondensateurs peuvent stocker plus de charge électrique que les condensateurs classiques. La grande surface des électrodes au charbon actif associée à la distance extrêmement faible séparant les deux couches confèrent au dispositif la capacitance de sortie la plus élevée.

Les applications des supercondensateurs ne cessent de se développer dans le secteur des transports. Leurs taux de charge et d'auto-décharge sont spectaculaires comparés à ceux des batteries. Cela s'explique par le fait que l'énergie électrique soit stockée par voie électrostatique et non sous la forme d'énergie chimique liée comme c'est le cas dans les batteries classiques.

Défauts et solution hybride

Bien que les supercondensateurs offrent une capacitance élevée et la capacité de recharger des voitures hybrides en quelques secondes, certaines de leurs propriétés sont par essence indésirables. Les supercondensateurs présentent une caractéristique appelée l'auto-décharge, qui implique qu'ils ne sont pas vraiment en mesure de contenir beaucoup d'énergie sur un temps long. Par ailleurs, leur faible densité énergétique (la quantité d'énergie qu'ils peuvent stocker par kilogramme) les désavantage fortement par rapport aux batteries plomb-acide ou lithium-ion.

Le projet LEFAPO est parvenu à tirer parti de toute la capacité des supercondensateurs, au moins pour des applications liées aux véhicules électriques, en les associant à des batteries lithium-ion. Le résultat est un dispositif présentant une densité énergétique supérieure à celle d'un supercondensateur mais sans ses caractéristiques d'auto-décharge, et réalisant plus de cycles charge-décharge qu'une batterie lithium-ion.

"Associer des cellules au lithium à des supercondensateurs est la toute dernière technologie des véhicules hybrides. Les supercondensateurs peuvent absorber rapidement l'énergie électrique générée lors d'un événement de freinage et la stocker dans la batterie pour un usage ultérieur. La rapidité à laquelle il faut que cela puisse se produire est difficile à obtenir uniquement à partir de technologies plomb-acide et même à base de lithium", souligne Josef Tichánek. Avec sa capacité à stocker rapidement de l'énergie, ce système hybride est idéal pour des dispositifs marche-arrêt.

"La nouvelle technologie de Olife est conçue pour fournir 10 ans de service, ce qui représente le double de la durée de vie d'une batterie plomb-acide", ajoute Josef Tichánek. Qui plus est, ce dispositif est 50 % plus léger et permet un chargement plus rapide, environ trois fois plus rapide, que son homologue.

"Notre objectif était de mettre au point une batterie de démarrage à la pointe de la technologie automobile qui soit sure et réponde aux exigences à la fois écologiques et techniques des véhicules modernes. Cette batterie peut être utilisée telle quelle ou être adaptée aux besoins des marchés cibles", conclut Josef Tichánek. Et, point important, la batterie ne contient absolument pas de plomb, ni aucun autre matériau toxique."

Source : https://www.techno-science.net/actualite/ensemble-supercondensateur-batterie-capable-changer-donne-marche-vehicules-hybrides-N18181.html

Diabolo1

Nouvelles batteries, plus (+) moteur électrique à haut rendement, ça pourrait devenir intéressant :

- https://insideevs.com/news/361185/magnax-axial-flux-electric-motor/

Diabolo1

Nouveau moteur électrique pour VE :

- https://newatlas.com/linear-labs-hunstable-electric-motor/60974/