Fraunhofer ISE augmente la densité énergétique des cellules de batterie
Le Fraunhofer ISE a développé une nouvelle architecture pour les cellules de batterie qui permettrait d’obtenir une densité énergétique 10 à 15 % plus élevée pour le même poids. Cette approche utilise des électrodes nettement plus épaisses, ce qui réduit le besoin de collecteurs de courant. Cela pourrait également présenter un intérêt pour les véhicules électriques.
Production semi-automatique de cellules de batterie au Fraunhofer ISE
Image : Fraunhofer ISE
Le développement de cellules de batterie à plus grande densité énergétique tout en conservant le même poids permet d’stocker davantage d’énergie dans un espace donné. Cela présente des avantages pour les systèmes de stockage électrique stationnaires, qui ont fait l’objet de trois projets de recherche financés par le gouvernement fédéral allemand au sein de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire ISE à Fribourg. Les connaissances acquises peuvent également être appliquées aux batteries de traction des véhicules électriques, où une plus grande densité énergétique pourrait prolonger l’autonomie du véhicule.
Dans les projets menés à l’ISE de Fraunhofer, l’institut a collaboré avec divers partenaires pour développer une nouvelle architecture de cellules de batterie permettant d’atteindre une densité énergétique plus élevée. Les chercheurs se sont concentrés sur les électrodes, augmentant l’épaisseur de leur revêtement de plus de trois fois : au lieu des 100 à 200 micromètres habituellement utilisés, ils ont appliqué des revêtements atteignant jusqu’à 800 micromètres.
Cellules de batterie présentant une densité énergétique 10 à 15 % plus élevée
D’après l’institut de recherche, cela a permis d’augmenter la densité énergétique des cellules de 10 à 15 %, en fonction du type et du design de la batterie. La raison en est que, dans une cellule de batterie, les revêtements des électrodes et les collecteurs de courant s’alternent en de nombreux couches minces. Le revêtement contient le matériau actif qui stocke l’énergie, tandis que les collecteurs de courant permettent le passage du courant électrique. En épaississant les électrodes, il devient nécessaire de disposer de moins de ces couches – et donc de moins de collecteurs de courant. Cela laisse plus d’espace pour le matériau actif à poids cellule identique.
« Normalement, l’anode et la cathode – les deux électrodes d’une cellule de batterie – sont composées de nombreuses couches fines et alternées de revêtement électrode et de collecteurs de courant », explique le Dr Oliver Fitz, chef du groupe chargé de la technologie des cellules de batterie au Fraunhofer ISE. « Nous avons réussi à augmenter l’épaisseur du revêtement électrode, qui était auparavant de 100 micromètres en standard, à 200 micromètres, puis jusqu’à 800 micromètres, réduisant ainsi considérablement le nombre de collecteurs de courant nécessaires. En conséquence, nous disposons de beaucoup plus d’espace pour le matériau actif, ce qui augmente la densité énergétique de 10 à 15 pour cent, en fonction du type et de la conception de la batterie. »
Focus sur les applications des systèmes de stockage par batterie
Cependant, ce concept n’est pas encore prêt pour une production en série. Selon Fraunhofer ISE, les résultats du projet montrent plutôt une « approche prometteuse pour l’industrialisation future de cette architecture d’électrode et de cellule innovante ». Les nouvelles cellules de batterie sont particulièrement intéressantes pour leur utilisation dans les systèmes de stockage d’énergie par batteries (BESS), mais aussi dans les véhicules électriques.
L’équipe de recherche a développé ce nouveau design d’électrode et de cellule dans le cadre des projets « VORAN – Stockage innovant par batteries à ions de sodium pour applications fixes et mobiles » (en cours jusqu’en juin 2027), « INFAB – Batteries à ions de zinc pour le stockage d’énergie fixe – Fabrication et assemblage » (terminé), ainsi que « WinZIB2 – Système innovant de batteries à ions de zinc pouvant être déployé mondialement », tous financés par le gouvernement fédéral allemand.