Dans le paysage énergétique actuel, combiner énergie, rapidité de charge et sécurité reste un défi majeur. Toutefois, l’Empa semble avoir franchi une étape décisive dans cette quête grâce à un prototype de batterie solide.
Les batteries lithium-ion, omniprésentes dans notre quotidien, du téléphone portable aux véhicules électriques, sont reconnues pour leur capacité de stockage conséquente. Néanmoins, leur temps de charge et de décharge, associé à une substance conductrice inflammable, les rend moins adaptées pour des applications nécessitant une puissance instantanée.
Quant aux batteries solides en couches minces, malgré une puissance et une sécurité remarquables, leur capacité énergétique reste limitée, les confinant à des applications à faible consommation énergétique : par exemple certains appareils médicaux comme les pacemakers ou bien de petits objets comme les badgeuses.
Une expertise issue du domaine photovoltaïque
Les chercheurs de l’Empa, avec une expertise en technologie photovoltaïque, ont réussi à mêler le meilleur des deux mondes en exploitant la technologie des couches minces. Grâce à une technique spécifique de dépôt sous vide, ils ont développé une batterie à capacité augmentée.
« Nous avons profité de l’expertise de notre laboratoire photovoltaïque pour la technologie des couches minces en tirant parti d’un procédé particulier qui permet de déposer sous vide de minces films de matière sur un substrat », révèle Moritz Futscher. Grâce à ce procédé, les scientifiques sont parvenus à augmenter la capacité de stockage d’énergie de leur prototype.
Pour y parvenir, il fallait trouver un moyen d’augmenter la densité énergétique donc de diminuer la part pondérale du substrat », précise le scientifique. Leur solution: empiler deux cellules (accumulateurs) en couches minces sur le substrat. « La partie la plus difficile résidait dans la connexion entre les deux cellules. C’est ici que le procédé de dépôt sous vide s’est avéré essentiel: nous avons pu réaliser une connexion stable d’une épaisseur de l’ordre d’un centième de cheveu humain et empiler les cellules exactement l’une sur l’autre« , ajoute encore Moritz Futscher.
Destinées aux avions, drones et satellites
Et cela fonctionne: d’après les tests que les scientifiques ont effectués, ce prototype peut être chargé en une minute seulement et les simulations montrent qu’il est susceptible de rivaliser avec les batteries lithium-ion actuelles et futures en termes de quantité d’énergie stockée.
Si le premier prototype est pour l’heure constitué de deux accumulateurs, les scientifiques imaginent pouvoir en empiler davantage sur un même substrat. « Nos simulations montrent que l’optimum se situe autour de dix accumulateurs, après quoi le poids du substrat dans l’ensemble devient marginal et il ne sert à rien d’ajouter des accumulateurs supplémentaires« , indique Moritz Futscher.
Vu leur coût de fabrication initial très élevé, ces batteries seront plutôt réservées aux applications nécessitant puissance, énergie et sécurité mais pour lesquelles le coût n’est pas un obstacle majeur. Elles pourraient par exemple équiper les avions, les drones ou encore les satellites.
En synthèse
Le monde énergétique se trouve à l’aube d’une nouvelle ère avec le développement de batteries solides alliant capacité, rapidité et sécurité. L’expertise de l’Empa dans le domaine photovoltaïque a été le catalyseur de ce développement, offrant des perspectives séduisantes pour l’avenir, notamment dans le secteur aéronautique et spatial.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’Empa ? L’Empa est un établissement de recherche spécialisé dans les matériaux et technologies, basé en Suisse.
Quelle est la différence entre les batteries lithium-ion et les batteries solides ? Les premières sont reconnues pour leur grande capacité de stockage, mais sont inflammables et nécessitent un temps de charge plus long. Les batteries solides, bien que sûres, ont généralement une capacité limitée.
Quels sont les avantages du prototype de l’Empa ? Il combine les atouts des deux technologies, offrant à la fois une grande capacité de stockage, une charge rapide et une sécurité optimale.
Légende: Prototype de la batterie © Empa
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