La technologie révolutionnaire de batterie de voiture électrique dont vous n'avez jamais entendu parler

Une durée de vie plus longue, une plus grande autonomie et une sécurité améliorée pour les batteries EV sont tentantes grâce à ces développements

La technologie des batteries progresse rapidement, avec différentes chimies cellulaires et technologies de charge susceptibles de révolutionner les véhicules électriques (VE) d'ici quelques années.

Voici un aperçu de certaines de ces technologies qui changent la donne, des nouveaux matériaux de batterie à la robotique IA pour un démontage plus sûr et plus rapide de la batterie.

La plupart des batteries EV modernes en 2023 utilisent la chimie des cellules lithium-ion, avec une conception de cellule et un mélange de métaux variables. Mais presque tous utilisent une anode en graphite, qui est l'un des facteurs qui entraînent la dégradation des performances de la batterie Li-ion au fil du temps et des cycles de charge.

Désormais, les anodes en silicium sont considérées comme l'une des grandes avancées techniques qui pourraient vraiment améliorer la durée de vie et les performances de la batterie. Les anodes de batterie au silicium sont expérimentées depuis les années 1970. Mais les batteries au lithium-silicium ont fait d'énormes progrès au cours des dernières années, car il est devenu plus essentiel d'améliorer les vitesses de charge des batteries, la longévité des performances et la densité d'énergie des cellules.

Il convient de préciser que les batteries lithium-silicium (comme on les appelle de plus en plus) sont une sous-marque de lithium-ion et reposent donc toujours sur des métaux difficiles à trouver tels que le cobalt et le nickel, mais le matériau de l'anode en silicium peut transformer le le taux de charge et la longévité de la batterie.

StoreDot est basé en Israël et est au sommet du développement des anodes en silicium depuis plus de 10 ans, bénéficiant de liens substantiels avec Daimler et Volvo. Il a récemment fait une percée avec sa batterie lithium-silicium '100 en 5', qui est capable de charger à 100 miles par cinq minutes de temps de charge (ou 10-80% en environ 10 minutes pour une batterie de 75 kWh) mais a également fait ses preuves avoir une excellente longévité.

Les tests ont prouvé que la batterie de StoreDot peut être chargée ultra-rapidement de 10 à 80 % avec un chargeur de 350 kW, avant d'être ensuite déchargée à un rythme rapide pendant une heure avant une autre charge ultra-rapide, et ainsi de suite 1 000 fois avant la performance de la batterie. se dégrade à 80% de ce qu'il était lorsqu'il était neuf - montrant une longévité bien plus grande dans des conditions de charge aussi extrêmes qu'une anode en graphite traditionnelle.

"Nous étions ravis de faire expédier les échantillons de batterie 100 sur 5 à nos partenaires", m'a dit Doron Myersdorf, PDG de StoreDot. "Cette [batterie 100 en 5] est quelque chose qui était auparavant considéré comme impossible à faire.

"Tous les experts qui nous ont rendu visite il y a de nombreuses années et nous ont dit que cette batterie à charge extrêmement rapide ne peut pas être effectuée à cause de la résistance et de la chaleur, etc. - pourtant, nous avons réussi à créer une batterie qui a beaucoup moins de résistance et peut se recharger en toute sécurité, à plusieurs reprises, pour 100 miles d'autonomie en moins de cinq minutes."

Comme pour toute technologie, le silicium présente des inconvénients, qui sont sujets à une grande expansion de volume lorsqu'ils sont chauffés pendant la charge. Myersdorf a décrit comment la batterie 100 en 5 "utilise une structure 3D en carbone presque comme une éponge, qui a du silicium intégré dans les canaux. Lorsque les ions pénètrent dans ces canaux pendant la charge, ils gonflent les nanoparticules de silicium, mais il ne gonfle pas en dehors de la structure 3D. C'est ainsi que nous utilisons le silicium en toute sécurité sans payer la pénalité de l'expansion.

Attendez-vous à voir cette nouvelle technologie de batterie au silicium sur le marché des véhicules électriques haut de gamme dans les deux prochaines années.

Peu de gens savent que les batteries sans cobalt sont déjà utilisées, et en grand nombre depuis de nombreuses années, dans le secteur des véhicules utilitaires. Maintenant, avec l'avancement des batteries lithium-fer phosphate (LFP) sans cobalt, elles vont également devenir une caractéristique bienvenue des véhicules électriques de tourisme et sont déjà largement utilisées par Tesla, MG et BYD.

La technologie LFP existe depuis de nombreuses années, mais le fait qu'elle ne puisse pas contenir autant d'énergie que les batteries lithium-ion signifie que la plupart des fabricants se sont concentrés sur cela à la place et c'est devenu la norme.

Mais, en Chine, le développement des batteries LFP s'est poursuivi au cours des dernières décennies, et elles sont maintenant utilisées dans près de la moitié des véhicules électriques vendus là-bas. Les fabricants chinois BYD et SAIC (qui possède la marque MG), et Tesla dans son modèle de gamme standard 3, proposent tous des batteries LFP avec un potentiel de gamme similaire aux batteries li-ion, alors attendez-vous à voir beaucoup plus de batteries LFP à l'avenir.

BYD a également prouvé que le LFP peut être plus sûr, avec sa nouvelle batterie « Blade ». Les cellules sont disposées en bandes plutôt qu'en boîtes conventionnelles ou en formes de cellules cylindriques, d'où le nom Blade, et la société a récemment enfoncé publiquement un clou dans une batterie Blade pour démontrer qu'elle ne prend pas feu même lorsque les composants internes de la cellule sont exposés à l'oxygène. .

Les inconvénients ? Il existe une réelle inquiétude quant à la viabilité du LFP pour le recyclage. Les matériaux eux-mêmes sont tout aussi recyclables que ceux d'une batterie lithium-ion traditionnelle (qui est généralement recyclable à 96 %, car seules les résines ne peuvent pas être réutilisées), mais comme le fer est un métal moins précieux que le cobalt ou le nickel, il est actuellement moins cher d'extraire du fer neuf que de le recycler à partir d'anciennes batteries.

Sans l'incitation commerciale et financière à recycler, certains experts suggèrent que ce n'est pas le cas pour les batteries LFP comme c'est le cas avec le lithium-ion.

Avec l'énorme croissance des ventes de véhicules électriques, l'industrie de soutien devait faire face à l'augmentation inévitable de la réutilisation des batteries, tandis que le recyclage devait également s'accélérer de manière spectaculaire.

Une grande partie de la sécurité et de l'efficacité du processus de recyclage des batteries est la récupération et le "triage" des batteries, où il est décidé si la batterie est mieux recyclée ou réutilisée dans son état actuel. Il s'agit d'une partie particulièrement difficile du processus, car toute cellule susceptible d'avoir été compromise doit être traitée avec une extrême prudence.

C'est pourquoi une robotique avancée est en cours de développement pour aider à récupérer, analyser et démonter les batteries. Le projet ReLib de la Faraday Institution, en partenariat avec l'Université de Birmingham, développe une telle robotique depuis de nombreuses années.

"Les tests ont la priorité sur le recyclage, car ils montrent l'état de santé de la batterie et permettent à l'utilisateur final de réparer ou de remplacer les modules de batterie endommagés ou en fin de vie", explique le Dr Alireza Rastegarpanah, qui dirige l'équipe de robotique ReLib. "Cependant, tester des batteries endommagées impose des risques de sécurité plus élevés que les batteries en fin de vie. L'automatisation de ce processus peut réduire considérablement les risques de sécurité et également contribuer à une récupération plus efficace des matériaux critiques."

Le Dr Rastegarpanah et le professeur Rustam Stolkin ont déjà développé une série de cadres avancés de robotique et d'intelligence artificielle pour automatiser ce processus, qui est également capable de démonter des batteries de conceptions variées ; important, car le manque d'uniformité dans la conception des batteries de véhicules est l'un des principaux problèmes liés à l'établissement d'un protocole de test et de démontage sûr.

"Les batteries seront récupérées, recyclées et réutilisées plus efficacement grâce à la technologie robotique dans un avenir proche", explique Rastegarpanah. "Grâce à la robotique, les batteries peuvent être désassemblées… plus efficacement et les déchets peuvent être réduits. La vision artificielle et l'intelligence artificielle sont également utilisées pour trier et identifier les batteries, et les robots peuvent apprendre à identifier différents types de batteries et leurs composants à l'aide d'algorithmes d'apprentissage automatique. ."

Les passeports numériques et la technologie blockchain sont également susceptibles de révolutionner la facilité avec laquelle les batteries peuvent être évaluées et recyclées. En bref, cette technologie donne à une batterie un historique numérique facilement traçable, détaillé et inviolable qui permet aux entreprises qui réutilisent ou recyclent de vérifier facilement l'état des composants.

Ce n'est pas seulement un moyen facile de vérifier l'état de la batterie. L'équipe de robotique de ReLib utilise la technologie blockchain pour assister les systèmes robotiques, avec des informations telles que les dessins CAO 3D (conception assistée par ordinateur) de la batterie pour effectuer les tâches pertinentes plus rapidement et plus efficacement.