Le secteur des transports est l’un des plus importants Émetteurs de CO2. Les véhicules électriques peuvent aider à réduire les émissions. Bien qu’ils soient plus respectueux du climat lors de la conduite que les moteurs à combustion, la production du Batteries lithium-ion mais beaucoup d’énergie. Si cette énergie n’a pas été générée « verte », cela signifie des émissions de CO2. Dans le passé, cela a soulevé des doutes généraux quant à la durabilité des voitures électriques.
Cependant, il n’est pas possible de quantifier précisément l’ampleur de l’impact environnemental. Les résultats des études qui ont été menées à ce jour varient considérablement. Dans tous les cas, une partie importante des émissions de gaz à effet de serre est causée par l’électricité nécessaire à la production des cellules.
structure d’une cellule
électrodes
La cathode est l’électrode positive, l’anode est la négative
électrolyte
Est principalement liquide et conduit les ions de l’électrode positive à l’électrode négative (charge) et retour (décharge)
séparateur
C’est une sorte de cloison qui évite les courts-circuits. Il est perméable aux ions
Artisanat neutre
Au sein de l’UE, une solution plus écologique est recherchée à l’avenir. Dans le cadre du projet « BatWoMan » recherche qui AIT Institut autrichien de technologie avec 6 partenaires de la recherche et de l’industrie sur une production durable, rentable et neutre en CO2 de cellules de batterie lithium-ion.
Entre autres choses, l’accent est mis sur l’optimisation du processus de remplissage de l’électrolyte, c’est-à-dire le conducteur ionique, à l’aide d’électrodes à base d’eau.
© AIT/Lang
« L’état de l’art est que la cathode en particulier est traitée avec des solvants toxiques. Ces fonds doivent être remplacés par de l’eau », explique le chercheur et chef de projet de l’AIT Katja Heureux la future zone. Cela seul améliore significativement l’empreinte écologique. De plus, moins d’étapes de traitement sont nécessaires lors de l’utilisation de l’eau, ce qui permet d’économiser de l’énergie.
Électrodes 3D
Lors du remplissage de la cellule, l’électrolyte est introduit sous vide par un côté. Selon Fröhlich, cela se passe en plusieurs étapes. Les électrodes tridimensionnelles devraient améliorer considérablement ce processus. « Afin de rendre le tout plus rapide et plus efficace, nous voulons faire intervenir des structures qui introduisent une sorte d’effet capillaire », explique-t-elle.
L’équipe de recherche s’attend non seulement à ce que le remplissage fonctionne mieux, mais aussi à ce que moins d’électrolyte soit utilisé en général. Selon Fröhlich, cela coûte cher et se compose également en partie de solvants.
Séchage raccourci
Étant donné que le lithium réagit fortement à l’humidité et que l’humidité résiduelle entraîne une perte rapide de performances et un vieillissement prématuré de la batterie, le séchage soigneux des matériaux est également une étape essentielle dans la production de la batterie. Les électrodes de la cellule doivent être isolées de l’humidité dans une pièce sèche. Ce processus entraîne également une forte consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre.
© AIT/Lang
« Nous n’utilisons pas seulement de l’eau sur l’anode et la cathode. Nous veillons à réduire généralement la proportion de solvants – y compris l’eau – à tel point que l’étape de séchage dans la production d’électrodes peut être raccourcie », explique le chercheur sur les batteries. La teneur en humidité résiduelle des cellules est également plus faible en conséquence.
Plate-forme alimentée par l’IA
Le projet AIT est également soutenu par un sur un intelligence artificielle (IA) plate-forme basée. Cela devrait refléter la durabilité et l’efficacité des nouveaux processus de production.
« Il existe divers efforts au niveau mondial, mais aussi au niveau de l’UE, pour créer une sorte de passeport de batterie où diverses informations sur la batterie peuvent être stockées », déclare Fröhlich et ajoute : « L’accent n’est pas seulement mis sur le stockage, quels matériaux sont contenus – ce qui est important plus tard, par exemple pour le recyclage, si vous souhaitez à nouveau séparer les matériaux – mais aussi l’efficacité énergétique des processus de production. » Cela pourrait fournir des informations sur la durabilité de la cellule.
Katja Fröhlich, chercheuse sur les batteries AIT
© AIT/Zinner
Moins de CO2
La durée du projet est de 3 ans. « Pour le moment, nous sommes en train de définir quels sont les paramètres de production critiques. » L’origine des matériaux et leur dégradation sont également à l’étude.
Au niveau de la production de cellules de batterie, on estime que BatWoMan réduit les émissions de CO2 avec les processus proposés d’environ 50 pourcent mener. « Les économies de coûts sont même un peu plus élevées », déclare Fröhlich.
Cependant, il est impossible de prévoir clairement quand la batterie durable sera prête à fonctionner. Cela dépend principalement de la manière dont le développement est adopté par le marché. Le projet a été financé dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 financé par l’UE.
Cet article a été créé dans le cadre d’une coopération entre AIT et futurezone.
La batterie céramique à semi-conducteurs arrive
Les batteries lithium-ion utilisent, entre autres, les matières premières cobalt et le lithium plus cher, dont l’extraction est critique et énergivore et augmente les émissions de CO2. Les batteries à semi-conducteurs en céramique, entre autres, offrent une alternative.
Ce Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques (IKTS) a une telle batterie à l’état solide appelée cerénergie développé, qui est basé sur le sel de table et de petites quantités de nickel.
granulat cathodique
Contrairement au lithium, le sodium est présent en grande quantité sous forme de sel de table et fait partie des matières premières les moins chères. Le lithium, le cobalt, le graphite et le cuivre – des matières premières qui sont affectées par des goulots d’étranglement d’approvisionnement ou qui deviennent de plus en plus chères – ne sont pas inclus dans la batterie à semi-conducteurs.
Le sel de table et le nickel sont transformés en granulés cathodiques. Celui-ci est rempli dans un tube en céramique qui sert d’électrolyte et conduit les ions sodium. Le tube en céramique remplit ainsi la même fonction qu’un électrolyte liquide classique dans une batterie lithium-ion. En revanche, les batteries céramiques à semi-conducteurs ne peuvent pas brûler de manière explosive (« emballement thermique ») car l’électrolyte est ininflammable.
Le composé chimique fondu chloroaluminate est utilisé pour l’électrode positive afin qu’il y ait contact entre les granulés de cathode et le tube d’électrolyte solide en céramique.
commercialisation
Les batteries à semi-conducteurs en céramique ont déjà été testées dans des modules de batteries stationnaires et sont maintenant sur le point d’être commercialisées. A cet effet, Fraunhofer IKTS a développé le Groupe Altech fusionné.
L’installation de production doit 10 000 modules de batterie produire chaque année avec une capacité de 10 kilowattheures. Le prix par module est estimé entre 7 000 et 9 000 euros montant. Dans l’ensemble, avec ce produit jusqu’à 40 pour cent les coûts de production peuvent être économisés.