Le marché des véhicules électriques est en plein essor. En même temps, on cherche toujours de nouvelles possibilités pour augmenter l'autonomie, réduire les temps de chargement, augmenter la sécurité et améliorer la durabilité. Les batteries solides pourraient remplacer à l'avenir les batteries au lithium-ion conventionnelles à base d'électrolyte liquide. D'ici là, il reste encore quelques défis à relever et de nombreux examens à effectuer. Comme il n'existe pas encore de normes uniformes en la matière, weisstechnik développe, sur la base de sa longue expérience, des solutions pour des armoires et des laboratoires de test compacts qui répondront de manière fiable à toutes les exigences à venir.
La course au développement a commencé
La course à la meilleure solution pour les batteries solides est lancée depuis longtemps. Selon les constructeurs, les premières voitures de série devraient sortir des chaînes de production entre 2025 et 2030. Jusqu'à présent, seule l'entreprise française Blue Solutions a toutefois présenté une solution prête pour la production en série, qui est notamment utilisée dans le Mercedes eCitaro. Actuellement, ce sont surtout les entreprises japonaises, sud-coréennes, chinoises et américaines qui se profilent comme les moteurs de l'innovation. Mais compte tenu de leur longue expérience en matière de développement automobile, les entreprises allemandes sont idéalement placées pour apporter des contributions décisives à la percée des batteries à l'état solide. La technique d'essai de weisstechnik peut jouer un rôle important à cet égard.
Champ d'innovation des batteries solides
Contrairement aux batteries au lithium-ion conventionnelles à électrolyte liquide, les batteries à électrolyte solide (Solid-State Batteries, SSB) fonctionnent avec des électrolytes solides. Actuellement, différentes classes d'électrolytes solides font l'objet de recherches sur leurs performances dans les cellules pleines SSB. L'accent sera mis sur les électrolytes solides à base d'oxydes, de sulfures, de polymères et d'halogénures, ainsi que sur les solutions hybrides qui en découlent. Pour toutes les lignes de développement, il est nécessaire de redévelopper la chimie des batteries et d'harmoniser parfaitement tous les composants pour obtenir les propriétés souhaitées. Il est par exemple possible d'utiliser de nouveaux matériaux actifs d'anode (anode active materials, AAM) comme le lithium métal et le silicium. Différentes possibilités sont également explorées pour les matériaux actifs cathodiques (cathode active materials, CAM).
Avantages convaincants réalisables
L'hypothèse de travail de nombreux projets de recherche est que la combinaison optimale de matériaux dans les batteries solides offre des avantages significatifs par rapport aux batteries au lithium-ion à électrolyte liquide et peut révolutionner durablement le monde de l'e-mobilité. Ainsi, les batteries à l'état solide promettent une densité énergétique nettement plus élevée et une autonomie jusqu'à 30 % plus longue, tout en étant plus compactes. De plus, selon la chimie des cellules, le temps de charge peut être considérablement réduit et le nombre de cycles de charge peut être augmenté à plus de 2000. Le faible risque d'incendie des batteries solides en cas de fuite thermique suite à une surcharge ou à un accident dépend également de la chimie des cellules, car aucun composant liquide inflammable ne s'échappe. De plus, ils peuvent être produits de manière nettement plus durable et ont donc, en somme, un potentiel d'avenir considérable. Il faut toutefois réussir à rendre la fabrication des composants et la production des cellules évolutives et, par ce biais, à réduire les coûts de production actuellement 7 à 8 fois plus élevés à un niveau compatible avec la production en série.
La pression du développement est énorme
Actuellement, les constructeurs automobiles, les fournisseurs, les laboratoires de développement et les universités mènent des recherches sur la technologie des batteries solides. Des subventions considérables sont disponibles à cet effet – VW investit 300 millions d'euros dans les prochaines années via son partenaire de coopération QuantumScape. En Allemagne, les instituts Fraunhofer et le KIT, entre autres, ainsi que le centre de recherche de Jülich, l'université technique de Braunschweig et le MEET de Münster s'engagent sur ce thème. Le Centre de recherche sur les matériaux (Zentrum für Materialforschung, ZfM) de l'université Justus-Liebig de Giessen, qui travaille de manière interdisciplinaire, est un moteur de l'innovation dans ce domaine. Avec son équipe d'une quarantaine de personnes, le professeur Jürgen Janek, spécialiste de renommée internationale, y effectue des recherches sur les bases et les défis chimiques et physiques des batteries à l'état solide. Il coordonne en outre les activités du cluster de compétences pour les batteries à l'état solide (FestBatt), qui est intégré dans le concept faîtier « Forschungsfabrik Batterie » du ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF). « Les attentes du marché sont énormes, la pression pour fournir des solutions rapides est énorme. C'est pourquoi il est important de travailler avec des techniques d'essai qui fournissent des résultats précis et fiables » explique dr. h. c. Jürgen Janek, directeur exécutif du ZfM et coordinateur du cluster FestBatt.
La technique d’essai, un facteur de réussite
Avec cette pression de développement, les exigences envers les fournisseurs de techniques d'essai augmentent également. En effet, les batteries à l'état solide doivent également être soumises à de nombreux tests avant d'être produites en série. On peut certes partir du principe qu'elles posent globalement moins de problèmes que les batteries au lithium-ion conventionnelles en raison des propriétés de leurs matériaux. D'autre part, elles possèdent une densité énergétique plus élevée et donc un autre potentiel de risque, auquel la technique de contrôle dans le domaine des dispositifs de sécurité doit être adaptée. Ce n'est qu'à ce moment-là que les performances et la sécurité peuvent être testées de manière approfondie. Mais comme il n'existe pas encore de norme d'essai spécifique à l'application ou de directives du fabricant, la question se pose de savoir quels essais doivent être effectués et avec quelles exigences, et quelles installations d'essai peuvent le faire de manière fiable et sûre. En effet, malgré leur potentiel de dangerosité vraisemblablement plus faible, des dégagements toxiques et explosifs de sulfure d'hydrogène (H2S) sont possibles. Les installations d'essai doivent donc être conçues de manière à éviter tout risque pour les personnes, les installations d'essai et l'environnement.
Exigences en matière de technique d'essai
Outre le risque potentiel lié au H2S, les installations d'essai doivent également tenir compte de la température de fonctionnement parfois plus élevée requise pour les batteries à l'état solide. Indépendamment des particularités mentionnées, on peut s'attendre à ce que les installations d'essai pour les batteries à électrolyte solide aient des exigences identiques ou similaires à celles des batteries au lithium-ion conventionnelles en ce qui concerne les tests et les environnements d'essai. Et au fur et à mesure des développements, les contenus des normes se clarifieront progressivement. C'est important pour que tous ceux qui travaillent dans cet environnement dynamique puissent utiliser une base sûre et uniforme et fournir des résultats d’essai comparables.
Mises à niveau pour les installations existantes
De nombreuses entreprises et institutions disposent déjà d'installations d’essai pour les batteries au lithium-ion conventionnelles. Dans la mesure où ces derniers ont été créés par weisstechnik, elles peuvent dans la plupart des cas être facilement modifiées ou étendues pour les essais avec des batteries solides. Dans le cas d'une chambre d'essai, il peut par exemple suffire d'utiliser une solution de H2S avec capteur et lampe d'avertissement et, le cas échéant, d'intégrer une solution de ventilation supplémentaire. Mais les enceintes d'essais ClimeEvent pour les applications dans l'environnement de laboratoire peuvent également être mises à niveau rapidement et facilement pour répondre à la plupart des exigences. Pour les entreprises, les mises à niveau des solutions d’essai existantes sont plus durables et plus rapides à réaliser. Cela donne à ses utilisateurs un avantage concurrentiel important dans l'environnement hautement dynamique du développement, où il s'agit de trouver des réponses pertinentes et de présenter des solutions sûres le plus rapidement possible.
Nouvelles encenites et chambres d'essais
Outre de nombreuses entreprises et institutions établies, de nombreuses jeunes entreprises et start-ups font de la recherche sur les batteries à l'état solide. Celles-ci ne disposent souvent pas encore de leurs propres installations d'essai, ou seulement de manière limitée, et sont donc tributaires d'enceintes et de chambres d'essai disponibles à court terme et utilisables en toute sécurité. Ici aussi, on peut weisstechnik apporte une aide simple. Le système modulaire Hazard Level existant permet de déterminer facilement les exigences auxquelles doivent répondre les équipements de contrôle et, après une évaluation des risques, de les transformer en solutions standardisées ou en fabrications spéciales individuelles. Le concept de base modulaire des solutions d’essai de weisstechnik permet un développement et une livraison rapides.
La technique de contrôle reste une affaire de confiance
La compétence, l'expérience et le service sont des critères essentiels dans le choix d'un partenaire pour des solutions d'essai dans le domaine automobile. weisstechnik est une spécialiste expérimentée des solutions d’essai exigeantes et est actif depuis plus de 20 ans dans le domaine des batteries au lithium-ion. Grâce à ces connaissances, l'entreprise propose des solutions de contrôle à l'épreuve du temps, qui sont opérationnelles à court terme et rentables à long terme. En tant que leader de l'innovation dans le secteur, weisstechnik propose également aux entreprises un service proactif et très flexible grâce à un réseau de service couvrant toute l'Allemagne et à des contrats de service adaptés aux besoins. Cela augmente la sécurité opérationnelle et permet aux entreprises de se concentrer sur leur travail de développement.
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