Composites pour batteries structurelles

L'un des problèmes rencontrés par les ingénieurs développant des véhicules électriques (VE) est la masse des batteries nécessaires pour alimenter les moteurs. Les batteries sont lourdes. Cela signifie que pour obtenir une autonomie (l'une des caractéristiques les plus requises pour un véhicule électrique), il doit y avoir une capacité de batterie suffisante… mais cela devient une sorte de cercle vicieux car plus de batterie signifie plus de masse et plus de masse signifie une autonomie réduite.

Des chercheurs de l'Université de technologie Chalmers en Suède ont développé une batterie qui pourrait être une solution à ce problème car elle stocke non seulement de l'énergie (24 wattheures par kilogramme), mais elle fournit également un support structurel, car elle a une rigidité de 25 GPa.

Leif Asp, professeur à Chalmers et chef du projet de recherche, qui est mené en collaboration avec le KTH Royal Institute of Technology (Stockholm, Suède), a déclaré :« Les tentatives précédentes pour fabriquer des batteries structurelles ont abouti à des cellules avec de bonnes propriétés mécaniques. , ou de bonnes propriétés électriques. Mais ici, en utilisant de la fibre de carbone, nous avons réussi à concevoir une batterie structurelle avec à la fois une capacité de stockage d'énergie et une rigidité compétitives. »

Dans un article dans Advanced Energy and Sustainability Research (vol. 2, numéro 3), Asp et ses co-auteurs décrivent la batterie :

« Le composite structurel de la batterie se compose d'une électrode négative CF [fibre de carbone] et d'une électrode positive supportée par un film d'aluminium séparées par un séparateur GF [fibre de verre] dans un matériau de matrice SBE [électrolyte structurel de batterie]. Par conséquent, les FC servent d'hôte pour le Li (c'est-à-dire le matériau d'électrode actif), conduisent les électrons et renforcent le matériau. De même, la feuille d'électrode positive fournit une fonctionnalité mécanique et électrique combinée. Le SBE facilite le transport du Li‐ion et transfère les charges mécaniques entre les fibres, les particules et les plis. Deux types de séparateurs en tissu GF, un Whatman GF/A et un à armure toile GF, sont utilisés comme matériaux modèles pour étudier les effets de l'épaisseur et de l'architecture du séparateur, ainsi que de l'anisotropie du matériau, sur les performances multifonctionnelles. »

À l'heure actuelle, ils travaillent sur une nouvelle batterie structurelle avec le film d'aluminium remplacé par de la fibre de carbone et l'utilisation d'un séparateur en fibre de verre plus fin.

Asp a déclaré qu'il s'attend à ce que des recherches supplémentaires aboutissent à une batterie ayant une densité d'énergie de 75 wattheures par kilogramme et une rigidité de 75 GPa.

"Si vous regardez la technologie grand public", a déclaré Asp, "il pourrait être tout à fait possible d'ici quelques années de fabriquer des smartphones, des ordinateurs portables ou des vélos électriques qui pèsent deux fois moins qu'aujourd'hui et qui sont beaucoup plus compacts."