Malgré la stagnation actuelle des ventes, les voitures électriques restent un élément clé de la transition des transports. Les accumulateurs Li-ion à électrolyte liquide utilisés à cet effet peuvent toutefois encore être améliorés en termes d'autonomie, de temps de charge, de sécurité et de durabilité. Les batteries solides sont donc considérées comme une alternative prometteuse. Weiss Technik encourage leur développement avec une technique de chambre sèche sur mesure et des concepts de sécurité innovants.
Course mondiale à la meilleure solution
Pour faire avancer le progrès des batteries solides, des conditions stables et fiables dans le processus de fabrication sont déterminantes. Weiss Technik soutient les instituts de recherche et les entreprises avec des concepts ciblés et holistiques dans les domaines de la déshumidification de l'air, de la climatisation et de la gestion de la sécurité. Le spécialiste de la simulation environnementale de Reiskirchen apporte de ce fait une contribution importante au développement, à la production pilote et à la fabrication en série de batteries solides.
Un travail de pionnier en chimie
Les batteries solides (Solid-State Batteries, SSB ou All-Solid-State Batteries, ASSB) sont une évolution des batteries lithium-ion existantes avec des électrolytes solides plutôt que liquides. Pour cela, des recherches sont actuellement menées sur les performances de différentes classes d'électrolytes solides. L'accent sera mis sur les électrolytes solides à base d'oxydes, de sulfures, de polymères et d'halogénures ainsi que sur des solutions hybrides qui en découlent. La chimie des batteries doit être redéveloppée et tous les composants doivent être adaptés avec précision les uns aux autres. De nouveaux matériaux actifs anodiques (anode active materials, AAM), tels que le lithium métal et le silicium, ainsi que de nouveaux matériaux actifs cathodiques (cathode active materials, CAM) sont également utilisés.
Tirer le meilleur parti des avantages
Les batteries solides promettent une densité énergétique nettement plus élevée et assurent jusqu'à 30 % d'autonomie supplémentaire pour un design plus compact. Selon la chimie des cellules, les batteries solides peuvent réduire considérablement les temps de charge, augmenter le nombre de cycles de charge et réduire le risque d'incendie dû à une surcharge ou à un accident, car elles ne contiennent pas de liquides inflammables. De plus, les batteries solides peuvent être produites de manière beaucoup plus durable. Elles possèdent donc un grand potentiel d'avenir – à condition que l'on parvienne à faire évoluer la fabrication des composants et la production des cellules, ainsi qu'à ramener les coûts de production, actuellement sept à huit fois plus élevés, à un niveau compétitif.
Gamechanger au-delà de l'e-mobilité
L'ingénieur commercial Bahattin Celik et le chef de projet Stjepan Jurisic de Weiss Technik voient également le grand potentiel des batteries solides. « Actuellement, l'e-mobilité n'est que le moteur de l'innovation. Les batteries solides sont de véritables multitalents qui peuvent résoudre de nombreux problèmes des batteries lithium-ion traditionnelles », explique Celik. Leur utilisation est envisageable presque partout – dans les véhicules électriques comme dans les machines, les drones et les appareils ménagers. Les experts de Weiss Technik s'attendent à ce que des variantes de batteries solides, chacune avec une chimie cellulaire spécifique, s'imposent pour répondre aux différentes exigences.
Garantir la sécurité dans la recherche et la production
Même en travaillant avec des batteries solides, des conditions climatiques strictement contrôlées et des concepts de sécurité appropriés sont nécessaires dans les salles sèches. Par rapport à la production de batteries à électrolyte liquide, les exigences sont nettement plus élevées. « Les variations des conditions climatiques pendant la production, notamment en ce qui concerne l'humidité, peuvent nuire à la qualité des batteries, avoir un impact négatif sur leurs performances et leur durabilité. Dans le pire des cas, cela peut mettre la vie en danger », explique Jurisic. Pour une production constante et sûre de la plus haute qualité, il est donc essentiel de disposer d'une technique de climatisation fiable et efficace, dont le point central est avant tout la déshumidification de l'air.
Séchage ciblé par adsorption
La condition préalable à une production sûre de cellules de batteries solides est un système complet d'espace de séchage avec un air extrêmement sec. Dans le cas contraire, les matériaux utilisés réagissent avec l'eau et des gaz extrêmement inflammables tels que l'acide fluorhydrique (HF) et le sulfure d'hydrogène (H2S) peuvent être libérés. Pour éviter cette réaction, des points de rosée extrêmement bas, de -50 à -60 °C, sont nécessaires. « C'est un séchage à l'air qui va jusqu'aux limites de ce qui est physiquement possible », explique Bahattin Celik. Weiss Technik parvient à réaliser le séchage grâce à l'utilisation de séchoirs par adsorption. Dans un premier temps, plusieurs rotors garnis de silicate absorbent l'humidité de l'air. Ensuite, une partie de l'air déshumidifié est réchauffée et passe à travers le rotor comme air de régénération, ce qui permet d'éliminer l'humidité qui s'y trouve et de l'évacuer vers l'extérieur. Le procédé peut être contrôlé avec précision, de sorte que l'humidité de l'air peut être maintenue à un niveau bas et constant.
L'efficacité énergétique sur mesure
Le séchage par adsorption est un procédé qui consomme beaucoup d'énergie. « Néanmoins », poursuit Jurisic, « nous trouvons des moyens de maintenir l’empreinte en CO2 des installations aussi faible que possible ». Pour une efficacité énergétique optimale, Weiss Technik utilise toutes les sources d'énergie alternatives disponibles. Il peut s'agir d'installations éoliennes, hydrauliques ou photovoltaïques, de pompes à chaleur à haute température ou encore de chaleur résiduelle ou de vapeur chaude provenant d'entreprises de production. En outre, des mesures spéciales de traitement de l'air extérieur et de l'air de régénération permettent de réduire encore les besoins en énergie.
Développer des concepts de sécurité de manière ciblée
L'air sec constitue la base d'une recherche et d'une production sûres de cellules de batteries. En plus, des mesures de sécurité complètes sont nécessaires dans l'espace de séchage hermétiquement clos afin de protéger les personnes, les installations et le matériel en cas d'avarie. Weiss Technik réalise à cet effet des évaluations de risques en collaboration avec les clients et développe des concepts de sécurité individuels. Les mesures de sécurité possibles comprennent des capteurs de H2S avec des alarmes sonores et visuelles, des systèmes d'interruption du dégagement de H2S et des procédures d'évacuation rapide du gaz. En outre, Weiss Technik soutient les formations des collaborateurs sur la manipulation de H2S et informe sur les cas d'avarie. Compte tenu du risque d'explosion du sulfure d'hydrogène dans certaines conditions, Weiss Technik offre également ses conseils pour la mise en œuvre de mesures de protection contre les explosions selon les directives ATEX.
Weiss Technik : une longueur d'avance grâce à l'expérience
« Le développement de concepts de sécurité pour les batteries solides est un véritable défi », souligne Celik. « Chaque client présente des conditions individuelles pour lesquelles de nouveaux scénarios doivent être élaborés à chaque fois ». Weiss Technik a acquis une vaste expérience dans la réalisation de systèmes de chambres sèches pour la fabrication de cellules de batteries lors de nombreux projets pour des constructeurs automobiles allemands renommés et des instituts de recherche. Ce qui est décisif, selon Jurisic, c'est de toujours considérer le projet dans son ensemble en tenant compte de tous les aspects de protection et d'efficacité : « La sécurité est toujours la priorité absolue. Sur cette base, nous développons des solutions intelligentes, comme par exemple la combinaison de systèmes, ce qui réduit en même temps les coûts ».
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