Mettre au point une nouvelle génération de batteries aluminium-ion efficaces et écologiques
Pour la prochaine génération de technologies visant à créer un monde plus durable, la question du stockage de l’énergie revêt une importance capitale. Les batteries rechargeables restent l’option la plus largement adoptée, et ce domaine de développement technologique est stimulé par un afflux d’innovations provenant du monde entier. Pourtant, peu de projets de recherche se sont penchés sur la nouvelle technologie aluminium-ion, susceptible de donner naissance à toute une série de batteries plus écologiques et plus efficaces. Le projet ALION s’insère dans cette nouvelle génération de technologies de stockage d’énergie. L’équipe du projet a proposé de développer des électrolytes à base de liquides ioniques – liquides salés à température ambiante – offrant une stabilité thermique et électrochimique exceptionnelle pour la conduction des ions aluminium. Cela permettrait de fabriquer des batteries sans avoir recours à des matières premières critiques comme le lithium ou le cobalt. «Une telle batterie serait alors moins chère et plus durable», déclare Etienne Knipping, coordinateur du projet ALION. ALION a réussi à développer un module de batterie aluminium-ion et à démontrer les excellentes performances de cette technologie émergente en termes de puissance et de cycles de recharge. «Ces nouvelles batteries sont de sérieuses candidates pour prendre la succession des batteries acide-plomb dans des applications fixes comme les onduleurs (ou ASC pour «alimentation sans coupure»), les télécommunications, les systèmes d’énergie renouvelable (SER) et la maintenance de réseaux électriques», explique M. Knipping. Il pourrait s’agir de panneaux solaires ou d’éoliennes appartenant à des particuliers, installés par exemple sur une maison ou d’autres bâtiments. ALION a couvert l’ensemble de la chaîne de production, de l’approvisionnement en matériaux à la fabrication de composants, l’assemblage de batteries et la validation de technologies dans des systèmes de microréseaux spécifiques comportant une source d’énergie renouvelable comme le solaire ou l’éolien. «L’objectif final de ce projet est d’obtenir un bloc de batterie Al-ion ayant été validé dans un environnement approprié, avec une puissance spécifique de 500 W/kg, une tension de 48 V et une durée de vie de 3 000 cycles», explique M. Knipping.
Puiser de l’énergie dans la diffusion
Pour créer ces nouveaux systèmes de batterie, ALION a employé une approche basée sur un mécanisme évoquant un «fauteuil à bascule», qui consiste à procéder à l’insertion et au retrait d’ions diffusant d’une électrode vers une autre, respectivement pour épuiser et recharger la batterie. La technologie obtenue est moins chère, avec des niveaux de performance, de sécurité et de fiabilité plus élevés que ceux des systèmes de stockage d’énergie actuels, comme le pompage-turbinage ou les batteries lithium-ion. «La batterie aluminium-ion présente divers avantages par rapport aux produits commerciaux actuels: elle ne contient aucune matière première critique et elle est extrêmement sûre, car la plupart des processus se déroulent en milieu aqueux et font intervenir des matériaux non inflammables», explique M. Knipping. Il y a eu des écueils inattendus: en raison de la corrosivité de l’électrolyte, il était impossible d’employer les procédés de fabrication traditionnels. Le projet s’est donc concentré sur le développement d’une batterie moins corrosive, avec des performances élevées et reposant sur l’électrolyte à base de liquide ionique.
Blocs de batteries
Lors des essais en laboratoire, les accumulateurs ont affiché des niveaux de puissance élevés, allant jusqu’à 36 kW/kg, ainsi qu’un haut degré de durabilité en terme de cycles de recharge, d’environ 500 000 cycles par batterie. Un autre succès important du projet concerne l’assemblage réussi de blocs-batteries imprimés en 3D. «Ce sont les blocs-batteries les plus gros jamais développés à partir de batteries aluminium-ion. Il s’agit d’un grand pas en avant pour cette technologie prometteuse!», déclare M. Knipping. Le projet s’est terminé en mai 2019. Certains partenaires du consortium ALION sont toujours en train de travailler sur cette technologie et cherchent de nouveaux financements pour la faire progresser. Il s’agirait notamment de procéder à des essais supplémentaires dans des environnements appropriés et de trouver une façon d’augmenter la capacité totale des batteries.
Mots‑clés
ALION, aluminium, batterie, stockage, écologique, capacité, technologie
