Les batteries électriques pourront bientôt être rechargées deux fois plus vite
Akkus lassen sich bald doppelt so schnell laden
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Une entreprise suisse a mis au point une méthode permettant de charger beaucoup plus rapidement les batteries. Cette technologie est sur le point d’être lancée sur le marché.
Ein Schweizer Unternehmen hat eine Methode entwickelt, mit der Batterien sehr viel schneller geladen werden können. Die Technologie steht kurz vor der Markteinführung.
«Range anxiety», lâche en anglais Max Kory. Pour beaucoup, l’«angoisse de l’autonomie», comme il l’appelle, est l’un des obstacles principaux au passage à la voiture électrique. En revanche, si les accus pouvaient être rechargés plus rapidement, il y aurait un regain de confiance.
Nous sommes au siège de la société suisse Battrion, à Dübendorf (ZH). Avec d’autres partenaires, Max Kory et Martin Ebner ont fondé en 2015 cette start-up de l’École polytechnique fédérale de Zurich. Dans le cadre de sa thèse de doctorat, Martin Ebner avait déjà posé les bases de cette technologie qui permet de recharger deux fois plus vite les batteries lithium-ion, qu’elles alimentent un téléphone mobile, un ordinateur portable ou une voiture électrique.
Une invention génialement simple
Quatorze spécialistes de treize nationalités différentes travaillent ici, raison pour laquelle l’anglais prédomine. Ils évoluent dans des bureaux, sur des ordinateurs, mais disposent également d’un atelier expérimental permettant de tester et de développer des prototypes, ainsi que d’une véritable chaîne de production. Des machines ressemblant à des presses à papier crachent le film qui est censé dissiper une partie de cette «angoisse de l’autonomie» qu’ont les personnes qui s’intéressent aux voitures électriques.
Max Kory revient sur cette invention, aussi ingénieuse que simple, et fait une petite parenthèse pour qu’on en comprenne le principe: «Chaque batterie lithium-ion est constituée de trois couches: une électrode positive, une électrode négative et un séparateur.» Lors de la décharge de la batterie, les ions de lithium se déplacent de l’électrode négative vers l’électrode positive via une couche de graphite. Pendant la charge, ils vont dans l’autre sens.
Dans les batteries classiques, la structure en graphite agit comme un frein: comme les pores de cette couche sont généralement alignés horizontalement, les ions doivent faire des détours pour la traverser. À cause de cette résistance, la charge – rapide, en particulier – peut entraîner un dégagement de chaleur et des dépôts de lithium dangereux. Par conséquent, sa vitesse doit être réduite après un court laps de temps.
Slalom ionique: si les couches de graphite sont disposées horizontalement, les ions ne peuvent passer d’une électrode à l’autre qu’en faisant des détours. Battrion
Raccourci pour les ions
Martin Ebner a trouvé un moyen d’aligner la structure des pores verticalement. Les ions rencontrent ainsi moins de résistance et se déplacent plus rapidement du côté positif vers le côté négatif. Puisque moins de chaleur est générée, la charge maximale peut avoir lieu sur une plus longue durée – et est donc nettement plus courte. «Avec la nouvelle batterie, on peut atteindre une autonomie de 400 kilomètres en quinze minutes au lieu de vingt-cinq», explique Max Kory.
Avec un alignement vertical des couches de graphite, le chemin des ions est plus direct et plus rapide. Moins de résistance signifie également moins de chaleur générée pendant la charge. Battrion
Mais ce n’est pas juste l’invention en elle-même qui est décisive, poursuit-il. Battrion a aussi trouvé un moyen d’industrialiser la fabrication des électrodes. «Les nouvelles batteries peuvent être fabriquées sans grand effort supplémentaire dans des installations de production conventionnelles», précise-t-il. Il est convaincu que les nouveaux produits qui s’imposeront seront uniquement ceux qui peuvent être réalisés à bas prix et en grandes quantités. Sinon, même la meilleure des inventions demeurera inutile.
Battrion est actuellement en pourparlers avec des constructeurs automobiles et d’autres acteurs du marché. Max Kory estime que les nouvelles batteries pourront être utilisées d’ici deux ans au plus tard – et qu’elles soulageront les conducteurs de voitures électriques d’une partie de cette angoisse liée à l’autonomie de ces véhicules.
«Range anxiety», sagt Max Kory. Die Reichweitenangst sei für viele einer der Gründe, nicht auf Elektroautos umzusteigen. Wenn sich Batterien schneller laden liessen, wachse jedoch das Vertrauen.
Wir befinden uns im Sitz des Schweizer Unternehmens Battrion in Dübendorf. Kory und Martin Ebner hatten 2015 das ETH-Startup zusammen mit weiteren Partnern gegründet. Im Rahmen seiner Doktorarbeit legte Ebner zuvor den Grundstein für die Technologie, mit der sich Lithium-Ionen-Batterien doppelt so schnell laden lassen, wie bisher – egal ob es sich um die Batterie eines Handys, eines Laptops oder eines Elektroautos handelt.
Genial simple Erfindung
14 Spezialisten aus 13 Nationen arbeiten hier – man spricht Englisch. Gearbeitet wird nicht nur an Computern, neben einer Experimentierwerkstatt zum Testen und Entwickeln von Prototypen beherbergt das Gebäude auch eine eigentliche Produktionsstrasse. Maschinen, die aussehen wie Papierdruckpressen, spucken die Folie aus, die E-Auto-Interessierten einen Teil ihrer «Range anxiety» nehmen soll.
Kory erklärt die ebenso geniale wie simple Erfindung und macht einen kleinen Exkurs, um das Prinzip zu verstehen: «Jede Lithium-Ionen-Batterie besteht aus drei Schichten: einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem Separator.» Beim Entladen wandern die Lithium-Ionen von der negativen Elektrode durch eine Graphitschicht zur positiven Elektrode. Beim Laden der Batterie gehen sie den umgekehrten Weg.
Als Bremsklotz wirke in der herkömmlichen Batterie die Struktur der Graphitschicht. Denn normalerweise sind die Poren der Schicht horizontal ausgerichtet. Um durch die Schicht zu gelangen, müssen die Ionen Umwege machen. Wegen des Widerstands, kann besonders das schnelle Laden zu Hitzeentwicklung und gefährlichen Lithiumablagerungen führen. Deshalb müsse die Ladegeschwindigkeit nach kurzer Zeit gedrosselt werden.
Ionenslalom: Sind die Graphitschichten horizontal angeordnet, gelangen die Ionen nur auf Umwegen von der einen zur anderen Elektrode. Battrion
Abkürzung für die Ionen
Martin Ebner fand jedoch einen Weg, die Porenstruktur vertikal auszurichten. Die Ionen stossen auf weniger Widerstand und wandern schneller von der positiven zur negativen Seite. Weil weniger Hitze entsteht, kann die volle Ladelast auch länger anliegen – das Laden der Batterie verkürzt sich markant. «Mit der neuen Batterie lassen sich 400 Kilometer Reichweite in 15 statt 25 Minuten laden», sagt Kory.
Bei einer vertikalen Ausrichtung der Schichten, ist der Weg direkter und schneller. Weniger Widerstand bedeutet auch weniger Wärmeentwicklung beim Laden. Battrion
Entscheidend sei aber nicht nur die Erfindung, sagt er. Battrion fand einen Weg, die Herstellung der Elektroden zu industrialisieren. «Die neuen Batterien lassen sich in herkömmlichen Produktionsanlagen ohne viel zusätzlichen Aufwand herstellen», sagt er. Er ist überzeugt, dass sich neue Produkte vor allem dann durchsetzen, wenn sie sich kostengünstig in grossen Mengen herstellen lassen. Sonst nütze die beste Erfindung nichts.
Aktuell seien sie mit Autoherstellen und anderen Akteuren im Gespräch. Kory schätzt, dass die neuen Batterien in spätestens zwei Jahren im Einsatz sein werden – und den E-Auto-Pilotinnen und -Piloten einen Teil ihrer Reichweitenangst nehmen.
Les voyages : Les longs voyages en avion sont de véritables tueurs de climat. C'est pourquoi il vaut mieux miser sur des vacances dans son propre pays. S'il faut quand même partir plus loin, il faut absolument payer le petit supplément pour la compensation du CO₂.
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