Un «ECG d'effort» pour les batteries

Abandonner les matières premières fossiles au profit des énergies renouvelables, tel est le mot d'ordre du tournant énergétique. La Suisse s'est fixée pour objectif d'atteindre la neutralité climatique d'ici 2050, et l'UE veut également faire de l'Europe le premier continent climatiquement neutre avec son «European Green Deal». Pour ouvrir la voie vers le zéro net, il faut non seulement une volonté politique de mise en œuvre et une acceptation sociale, mais aussi de nouvelles technologies, par exemple pour les batteries.

Des batteries durables, efficaces et évolutives sont essentielles pour une mobilité climatiquement neutre – mais aussi pour stocker l'énergie des sources d'énergie renouvelables, qui ne sont pas toujours disponibles en quantités égales. C'est pourquoi les nouvelles technologies de batteries font l'objet de recherches intensives. L'Empa développe également de nouvelles architectures et de nouveaux matériaux pour les batteries. Un projet de recherche de l'UE auquel participe l'Empa va maintenant plus loin. Le projet «HyMetBat» vise à développer de nouvelles méthodes pour caractériser de manière fiable les batteries durables et recyclables – et faciliter ainsi la poursuite de la recherche dans ce domaine.

«HyMetBat», abréviation de «Hybrid metrology for sustainable and low-carbon footprint battery materials», se base sur le projet européen «OpMetBat», qui a été couronné de succès, et se poursuit jusqu'en 2028. Dans le cadre de ce projet, l'Empa travaille à comprendre en détail la chaîne de causalité entre le choix des matériaux, la synthèse des matériaux, le traitement, la fabrication des électrodes, la structure des cellules, le fonctionnement et la défaillance des batteries. Pour ce faire, des méthodes de rayonnement telles que les neutrons et les rayons X sont combinées à des procédés électroanalytiques – et ce «in operando», c'est-à-dire pendant que la batterie est en service. Les chercheurs déterminent ainsi comment les propriétés électrochimiques et mécaniques des matériaux actifs utilisés se modifient pendant le cycle de charge et quels sont les effets de ces modifications sur le fonctionnement de la batterie.

«Nous voulons comprendre les batteries lors de leur charge et de leur décharge – en quelque sorte enregistrer leur ECG de charge», explique Artur Braun, physicien et chef de groupe dans le département Céramique haute performance à l'Empa. «Pour cela, nous combinons les sources de rayonnement les plus modernes avec des méthodes électrochimiques et des calculs théoriques». Avec ces méthodes, l'Empa aide ses partenaires de projet – dont, en Suisse, l'Office fédéral de métrologie (METAS) – à ordonner quantitativement les processus et à les sécuriser par des mesures. La compréhension approfondie des relations entre la construction et le fonctionnement des batteries doit favoriser le développement et la mise à l'échelle industrielle de nouvelles technologies de batteries.