L’institut de recherche sur les silicates Fraunhofer ISC et Hydro-Québec s’associent pour faire de la recherche-développement sur les matériaux de batteries lithium-ion et lithium-air de nouvelle génération destinés à l’électrification des transports. L’entente de principe a été signée dans le cadre de la  mission économique et scientifique du Québec en Allemagne.

Le partenariat portera sur les électrolytes solides inorganiques, notamment à base de verre et de céramique. En plus de posséder une excellente conductivité ionique, ces matériaux présentent des caractéristiques avantageuses sur le plan de la sécurité, puisqu’ils ne sont pas inflammables.

« En s’alliant avec Hydro-Québec, nous accélérons le développement d’une batterie solide de nouvelle génération qui doublerait l’énergie massique par rapport à la génération précédente. L’impact de cette nouvelle technologie pourrait être énorme, en particulier pour l’électromobilité », a commenté Alfred Gossner, Ph. D., professeur titulaire à l’université de Stellenbosch et vice-président exécutif de la société Fraunhofer-Gesellschaft. Gerhard Sextl, Ph. D. et professeur titulaire, directeur de l’institut Fraunhofer ISC, a ajouté : « Hydro-Québec est le premier fournisseur d’énergie du Québec et un des plus importants producteurs d’hydroélectricité et d’énergie renouvelable sur la planète. C’est un partenaire de choix pour développer des technologies porteuses servant au stockage et à l’exploitation des énergies propres dans le secteur du transport. »

« Fraunhofer est l’un des centres de recherche les plus prestigieux d’Europe, et Fraunhofer ISC en particulier présente une feuille de route impressionnante dans le domaine des matériaux de batteries », a souligné Karim Zaghib, directeur – Stockage et conservation d’énergie à l’Institut de recherche d’Hydro-Québec (IREQ). « Tout comme Hydro-Québec, Fraunhofer préconise des projets de recherche qui répondent à des besoins concrets. Nous sommes donc confiants que ce partenariat permettra d’améliorer l’autonomie des batteries pour véhicules électriques ».

Fraunhofer ISC : Un important fournisseur de matériaux pour les solutions énergétiques
Fraunhofer ISC met au point des matériaux et des solutions de traitement pour les secteurs de l’énergie et de l’optimisation des ressources. Cet institut de recherche de renommée internationale fait partie de la Fraunhofer-Gesellschaft – première institution de recherché appliquée d’Europe. Il fait affaires avec des petites et moyennes entreprises, avec des grandes sociétés et des constructeurs ainsi qu’avec des institutions publiques. Son centre de recherche-développement en Bavière est une des plus importantes institutions d’Allemagne en matière de recherche sur les technologies de batteries.

L’IREQ : pôle d’innovation en matériaux de batteries
Pôle d’innovation mondial en ce qui concerne les matériaux de batteries pour les véhicules électriques et le stockage en réseau, l’IREQ dispose d’une solide expertise dans ce domaine. Son savoir-faire, son important patrimoine de propriété intellectuelle et ses installations uniques suscitent l’intérêt du monde entier et attirent les principaux acteurs qui travaillent à mettre au point les technologies de demain. Ses travaux sur les matériaux avancés, notamment pour les batteries au lithium-ion, ont donné lieu à 30 licences actives, à 848 brevets et à 250 publications scientifiques au cours des dernières années.

Source :  Marc-Antoine Pouliot - Hydro-Québec
Contribution : Martin Archambault

D'après la firme d'analyse Lux Research, l'acquisition de la jeune compagnie spécialisée en batteries à électrolyte solide marquera un tournant majeur pour l'industrie des batteries HD.

C'est le premier exemple d'un manufacturier majeur du secteur de l'automobile qui effectue une  acquisition complète d'une firme de développement de batteries de nouvelle génération, en soulignant l'importance stratégique du stockage d'énergie de pointe pour la chaîne de valeur automobile.

L'acquisition soulève quelques enjeux qui en font un pari risqué pour Bosch:

• L'acquisition de Seeo par Bosch survient à un moment crucial pour la jeune compagnie de batteries. Seeo a récemment modifié sa stratégie en permutant l'utilisation de cathodes de type LFP (Lithium-Fer-Phosphate) éprouvées par une nouvelle composition chimique de type NCA (Nickel-Cobalt-Aluminium) dans le but de conserver son avance en densité sur la concurrence.
• Seeo était en recherche de coentreprises pour l'aider à augmenter sa production de cellules de densité de 350Wh/kg, une étape cruciale pour prouver la faisabilité de sa nouvelle technologie NCA
• Des irrégularités au niveau de la gestion des budgets et des déclarations de dépenses
• Des enjeux techniques notamment sur le problème de conductivité ionique, limitant la puissance et qui requiert une température d'opération de l'ordre de 80°C

Compte tenu des précédents enjeux, la firme de recherche Lux Research a récemment placé Seeo dans la partie médiane du cadran d'évaluation du marché :

Dans son analyse, la firme de recherche précise que Bosch prend un risque sur un joueur au milieu du peloton, mais si le prix d'acquisition était assez faible (les conditions n'étaient pas divulguées), c'était un geste qui en valait la peine. La technologie de Seeo demandera plus d'investissement et de temps avant qu'elle soit prête pour une commercialisation. Cependant, cette acquisition était pratiquement nécessaire pour Bosch qui aurait l'ambition d'être un joueur clé dans ce marché encombré et concurrentiel (LG, Samsung, Panasonic, etc).

Le PDG de Bosch a commenté plus tôt cette année vouloir produire des batteries atteignant une densité de 300 à 400 wh/kg en 2020, tout en baissant les coûts de production de l'ordre de 50% dans ce délai. Ces ambitions sont donc bien adaptées à prendre un risque sur la dernière génération de batteries "post-Li-Ion"

Le cadran d'évaluation du marché de la firme Lux Research illustre qu'il reste quelques entreprises qui opèrent dans le secteur de batteries à électrolyte solide, lesquelles aurait été de meilleures cibles pour un partenariat ou une acquisition que Seeo [par Bosch]. Ilika et Prologium sont de bons exemples au niveau des compagnies en démarrage et la division IREQ d'Hydro-Québec avec son laboratoire industriel.

En plus de l'acquisition de Seeo par Bosch, des rumeurs circulent au sujet d'une acquisition de l'entreprise en difficulté Infini Power Solutions par Apple à la fin de 2014. Mentionnons également les investissements de General Motors dans Sakti3 et SolidEnergy. Le groupe VolksWagen, tant qu'à lui, a investi dans Quantumscape et travaille en partenariat avec Oxis Energy.

L'acquisition marque le début d'une frénésie d'achats probable de la technologie des batteries de nouvelle génération au cours des années à venir. La grande tendance est imparable: les véhicules électriques ont trouvé un marché de niche avec succès, et passeront outre ce créneau dans les prochaines décennies.

«Comme ces manufacturiers et leurs fournisseurs semblent faire appel à plus d'acheteurs, la pression pour une augmentation de l'autonomie à coûts réduits poussera la technologie Li-ion au point de rupture, ce qui nécessite une technologie de nouvelle génération pouvant augmenter de façon radicale la densité énergétique. Pour l'instant, les batteries à électrolyte solide sont les mieux placées pour prendre la tête, mais d'autres technologies comme le lithium-soufre, cathodes à haute tension, et des ions alternatives sont également à surveiller» affirme l'analyste senoir de Lux Research, Cosmin Laslau.

«Les attentes doivent être gérées, cependant. Malgré le battage médiatique accru autour de batteries à électrolyte solide, il ne faut pas s'attendre à ce que la technologie Li-ion perdre sa position de tête dans la prochaine décennie. Elle sera dépassée par la suite, et ceux qui se préparent maintenant en obtenant une propriété intellectuelle clé et d'éminents chercheurs , seront les mieux placés pour l'emporter dans l'avenir du transport électrifié» conclut M. Laslau.

L'analyse de la firme Lux Research place l'IREQ (division d'Hydro-Québec) dans une position très prisée dans le cadran d'évaluation avec un niveau de maturité le plus élevé, une cote positive ainsi qu'une valeur sur le plan technique inégalée dans le marché.

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          Entrevue AVÉQ - Karim Zaghib - Hydro-Québec (IREQ) ​​

Sources : Lux Research, Environmental Leader
Contribution : Richard Lemelin, directeur régional AVÉQ - Capitale-Nationale

Suite à l'annonce d'Hydro-Québec du 13 mai dernier sur des innovations majeures en vue de la prochaine génération de batteries, l'AVÉQ a de nouveau obtenue une entrevue avec Karim Zaghib,  directeur – Stockage et conservation d’énergie à l’Institut de recherche d’Hydro-Québec (IREQ) afin commenter les innovations et de répondre à nos questions.

L'annonce d'Hydro-Québec du 13 mai est complémentaire à l'annonce du 24 février, laquelle couvrait une innovation au niveau d'une composante de batterie de nouvelle génération. 

Le communiqué de presse présente un graphique comparant une batterie Li-Ion actuelle (illustré en bleu pâle) et les 2 nouvelles batteries (illustrées en bleu foncé) : 

• Les 2 nouvelles batteries ont 2 éléments en commun, soit une anode à base de Lithium métallique et une électrolyte solide, à base de polymère. 
• L'élément qui différencie les 2 batteries est la cathode, à base de Fer-Phosphate (LiFePO4) pour la première et à base de Manganèse (Li2MnSiO4) pour la seconde. La seconde cathode était l'innovation annoncée en février dernier.
  

Le communiqué de presse mentionne :
"Cette technologie constitue une avancée importante, proposant une densité d’énergie supérieure à celle des batteries au lithium-ion en raison de l’utilisation du lithium métallique comme anode"
Q.  Est-ce la première innovation (Anode)?
R.  L'innovation de février dernier concernait la cathode (électrode positive) de composition Li2MnSiO4.

Le communiqué de presse du 13 mai a 2 objectifs:
- Présenter la nouvelle anode, à base de lithium métallique traitée
- Présenter le nouvel électrolyte solide ininflammable [la seconde innovation]

2 nouvelles batteries sont présentées avec comme seule différence la composition de la cathode  : la première étant à base de Fer-Phosphate (LiFePO4) et la seconde à base de Manganèse-Silicates (LI2MnSiO4). Voir graphique ci-haut.

L'anode à base de lithium métallique a été qualifiée "d'anode idéale" dans une publication récente de Nature "High rate and stable cycling of lithium metal anode".

Étude scientifique

L'équipe de recherche a publié les résultats d'une étude comparative entre 2 compositions de cathodes dans la publication scientifique NanoLetters.

Q. La publication a rapporté une comparaison entre des batteries à cathode Lithium-Fer-Phosphate et LVO. La cathode Lithium-Fer-Phosphate semble nettement avantageuse. Qu'en est-il ?

R.  L'équipe d'Hydro-Québec a comparé 2 cathodes de composition différentes, soit LVO (Vanadium - Li1.2V3O8) et LFP (Lithium-Fer-Phosphate - LiFePO4). Les résultats démontrent clairement que la seconde cathode est plus résistante aux cycles charge-décharge complet, avec 20% de dégradation après 1300 cycles complets (100% DOD), comparativement à 20% après seulement une vingtaine de cycles pour la composition LVO. 

Vidéos

Les 2 vidéos suivants démontrent le comportement d'une batterie (réelle en utilisation) à électrolyte solide, en démontrant le comportement des composants pendant les cycles charge-décharge à l'aide d'un microscope électronique. Ces vidéos ont été publiés dans le cadre de l'étude scientifique et sont considérés comme une première mondiale.

Sources : AVÉQ - Entrevue avec M. Karim Zaghib (15 mai 2015), Nature.com , ACS Publications (NanoLetters)
Entrevue et contribution : Richard Lemelin, Directeur régional AVÉQ - Capitale Nationale

Hydro-Québec développe actuellement une batterie si puissante qu'elle pourra entreposer l'énergie d'une dizaine d'éoliennes. « Ce n'est pas un souci, on va pouvoir le faire dans deux à trois ans », lance Karim Zaghib, directeur du stockage et de la conversion d'énergie à l'Institut de recherche d'Hydro-Québec (IREQ).

Dans les laboratoires de l'IREQ, situés en bordure de l'autoroute 30 à Varenne, Karim Zaghib dirige le groupe de chercheurs qui élaborent actuellement une batterie à la fois sécuritaire, économique et, surtout, capable d'entreposer d'immense quantité d'énergie.

« Le critère numéro un, c'est la sécurité, des matériaux sécuritaires. Deuxièmement, il faut avoir des matériaux en abondance qui ne coûtent pas cher. Et troisièmement, c'est la performance. »— Karim Zaghib

Pour développer une telle batterie, il faut d'abord trouver la bonne recette. Dans un des nombreux laboratoires de l'IREQ, une équipe teste différents matériaux en fabriquant des petites piles à peine plus grosses qu'un bouton de chemise.

« C'est souvent à partir de nouveaux matériaux. Alors on commence avec quelques grammes, et à partir de cela, on va voir si la technologie fonctionne ou non », explique M. Zaghib.

Une pile performante pourra se recharger rapidement des milliers de fois sans perdre de son efficacité. Si les matériaux s'avèrent efficaces et si les tests sont concluants, l'équipe passe à l'étape suivante : le format large.

Ce format a l'apparence d'un mince paquet de feuilles de papier, et l'assemblage est complètement automatisé. « Tout cela a été conçu ici à Hydro-Québec avec des procédés qui ne coûtent pas cher, des procédés simples », explique M. Zaghib, qui ajoute qu'« il ne faut pas compliquer les procédés ».

La technologie développée par l'équipe de Karim Zaghib est économique, simple et flexible. En branchant une série de batteries ensemble, il sera possible d'entreposer quelques mégawatts d'électricité, soit l'énergie d'un petit parc éolien. La technologie peut également s'adapter pour alimenter une automobile.

« On vise plus de 500 km d'ici cinq ans. On va pouvoir développer une technologie qui va offrir 500 km d'autonomie avec une seule charge. »— Karim Zaghib
Lorsqu'on lui rappelle que Tesla propose déjà une batterie qui offre une autonomie de 500 km, M Zaghib réplique que la technologie de Tesla coûte plusieurs dizaines de milliers de dollars et pèse plus d'une demi-tonne.

La batterie au lithium ion d'Hydro Québec sera au moins deux fois plus légère et coûtera une fraction du prix. Une technologie abordable qui continuera d'évoluer. « Dans 10 ans, 15 ans, on vise la même autonomie que l'essence. »


Source: Radio-Canada