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Une batterie fusionnée à la carrosserie pour les véhicules électriques du futur ?

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Innovations

Une batterie fusionnée à la carrosserie pour les véhicules électriques du futur ?

Par la rédaction

Le 13/04/2021 et modifié le 13/04/2021

Quarante ans après leur invention, les batteries au lithium-ion demeurent l’élément central des voitures électriques d’aujourd’hui. Les Tesla Model X, Nissan Leaf et autre Renault Zoe ZE utilisent tous ce dispositif. 

Seul problème, ce condensateur pèse lourd et a une autonomie relativement limitée. Les chercheurs travaillent ainsi sur des alternatives permettant de l’alléger. La batterie structurelle, une solution développée par l’Université de technologie Chalmers, semble la plus prometteuse.

 

Un supercondensateur fusionné dans la structure

La puissance relative d’un véhicule, comme d’un avion ou d’un train, dépend de plusieurs paramètres. Le poids de la structure est l’un des facteurs les plus influents. Cette contrainte fait l’objet de nombreux travaux en R&D par l’industrie des transports dans son ensemble, dont les acteurs cherchent activement différents moyens d’alléger le poids des véhicules pour gagner en autonomie et en puissance. C’est dans ce contexte que le KTH Royal Institute of Technology en Suède et l’Université de technologie de Chalmers se penchent depuis 2007 sur le développement d’une batterie structurelle.

Derrière ce nom évocateur se cache une invention destinée à s’incruster dans tout type de structure, que ce soit la carlingue d’un avion, la carrosserie d’une voiture, les murs d’une maison et même la coque d’un bateau

Cette configuration rompt avec une longue tradition de l’industrie, qui veut que la source d’électricité soit une composante séparée, installée sous le capot d'une voiture ou dans un compartiment dédié.

Cette invention engendre un gain de place conséquent, sans oublier l’énorme différence de poids. 

Il s’agit là d’une avancée majeure, sachant que la batterie au lithium-ion utilisée actuellement peut représenter jusqu’au tiers de la masse totale du véhicule électrique. Cette source d’énergie est si imposante que si elle était installée pour alimenter les propulseurs d’un avion, son poids l’empêcherait de décoller.

 

Des couches high-tech de fibre de carbone et de verre tissé

Pour comprendre la prouesse réalisée par les chercheurs de l’Université technologique de Chalmers, il faut garder à l’esprit les composants et l’organisation d’une batterie lithium-ion traditionnelle. Cette dernière empile plusieurs éléments, dont le séparateur, l’électrolyte, la cathode et l’anode, dans une boîte hermétique, dans le but de « gagner de la place ».

Avec la batterie structurelle, le gain de place s’obtient par le biais des couches très fines de matériaux composites, qui s'intégreront dans la carrosserie. Les chercheurs ont fait appel à une feuille d’aluminium, capable de jouer le rôle de cathode et d’anode.

Une feuille très fine de verre tissé sépare les électrodes, et le tout est placé en suspension dans un électrolyte en polymère. L’épaisseur de l’ensemble se chiffre à quelques « millionièmes de mètre » selon ses inventeurs, une particularité qui facilite son intégration dans n’importe quel type de structure.

 

Des performances respectables et perfectibles

Cette technologie aura-t-elle la capacité de faire fonctionner un SUV ou une grosse berline 100 % électrique ? Les scientifiques de l’Université technologique de Chalmers ont bon espoir, même si aujourd'hui la densité de cette batterie structurelle s’élève à 24 Wh/kg, soit environ un cinquième de celle des modèles « standards » actuels.

Ses créateurs ambitionnent toutefois d’atteindre rapidement les 75 Wh/kg de densité, en optimisant l’élasticité de la structure. Ils comptent y parvenir en remplaçant les électrodes en feuilles d’aluminium par des variantes en fibre de carbone, un matériau plus souple, plus conducteur et très facile à façonner. 

Les performances obtenues avec cette nouvelle batterie structurelle se révèlent malgré tout 10 fois supérieures à celles d’autres projets concurrents menés par le passé.

Ses autres qualités tendent d’ailleurs à parler en sa faveur, à commencer par sa robustesse, qui semble contraster avec sa finesse et son extrême flexibilité. La batterie fusionnée à la carrosserie de l’Université de Chalmers aurait obtenu d’excellents résultats aux tests de résistance aux forces de tension et de torsion. Ces cellules s’avèrent en outre plus sûres que les accumulateurs traditionnels, en raison de l’absence de substances inflammables dans l’électrolyte.

Cette batterie consomme logiquement moins de ressources et présente une empreinte environnementale très faible. 

Les améliorations porteront donc sur sa puissance. Lorsque ces barrières seront franchies, la batterie structurelle pourrait devenir le nouvel élément central de tous les véhicules électriques de demain, y compris les vélos, les motos, les voitures, les bateaux… et même les avions.

 

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