Fraunhofer ISE inaugure un nouveau centre de recherche sur les batteries

Développement de nouvelles technologies de batteries dans le laboratoire de batteries à l'état solide. © Fraunhofer ISE / Photo : Michael Spiegelhalter

Travail dans une boîte à gants dans le laboratoire de batteries à l'état solide. © Fraunhofer ISE / Photo : Michael Spiegelhalter / Travailler dans l'une des boîtes à gants du laboratoire de batteries à l'état solide. © Fraunhofer ISE / Photo : Michael Spiegelhalter

Avec un stockage hybride et une installation photovoltaïque pour le développement de nouvelles stratégies d'exploitation, le bâtiment lui-même sert de « Living-Lab ». © Fraunhofer ISE / Photo : Michael Spiegelhalter / Avec son système de stockage hybride PV, le bâtiment lui-même sert de laboratoire vivant pour le développement de nouvelles stratégies de fonctionnement. © Fraunhofer ISE / photo : Michael Spiegelhalter

Test de nouvelles électrodes. © Fraunhofer ISE / Photo : Michael Spiegelhalter / Testing of new types of electrodes. © Fraunhofer ISE / photo : Michael Spiegelhalter

Dans le laboratoire pour les tests de batteries, des tests destructifs peuvent également être effectués. Le maire Martin Horn (à droite) examine la presse à abus avec le directeur de l'institut Hans-Martin Henning (à gauche). © Fraunhofer ISE / Photo : Simon Leisner

Plus de cent invités ont assisté à l'inauguration du nouveau « Centre de stockage d'énergie électrique ». © Fraunhofer ISE / photo : Simon Leisner

Le directeur ministériel Michael Kleiner du ministère de l'Économie, du Travail et du Tourisme du Bade-Wurtemberg a prononcé un discours de bienvenue lors de l'ouverture. © Fraunhofer ISE / Photo : Simon Leisner

Les batteries sont une pierre angulaire d'une transition énergétique réussie – que ce soit pour l’électrification des transports, la stabilisation du réseau électrique ou l’équilibrage de la production d’électricité renouvelable fluctuante. L’Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires ISE mène des recherches depuis des années tout au long de la chaîne de valeur des batteries. Avec son nouveau « Centre pour les stockages d’énergie électriques », inauguré aujourd’hui, il dispose désormais de laboratoires ultramodernes pour la recherche de pointe internationale. La recherche actuelle se concentre sur l’amélioration de la durabilité, de la sécurité et des performances des systèmes de stockage par batteries.

Dans le nouveau centre de compétences situé dans la zone industrielle de Haid à Fribourg, le Fraunhofer ISE mènera des recherches sur plus de 3 700 mètres carrés de laboratoires consacrés aux matériaux et cellules de batteries innovants, développera des solutions optimisées pour les systèmes de batteries, favorisera leur intégration dans diverses applications, ainsi que des contrôles qualité complets sur les batteries. Avec son centre, le Fraunhofer ISE offre des services de développement et d’essais clés en main pour un large éventail de clients, allant des fabricants de matériaux et de batteries aux constructeurs de machines, en passant par les intégrateurs et exploitants pour une utilisation dans la mobilité électrique ou comme stockage stationnaire. L’institut collabore également avec des partenaires industriels sur le recyclage et les questions relatives aux possibilités de réutilisation des batteries usagées (2nd Life).

Le centre a été financé par le ministère fédéral de l’Éducation et de la Recherche (BMBF) et le ministère de l’Économie, du Travail et du Tourisme du Bade-Wurtemberg, qui ont chacun contribué neuf millions d’euros. « Nous sommes reconnaissants pour ce financement, grâce auquel nous avons pu créer une infrastructure de recherche dotée d’instruments de caractérisation de pointe, d’équipements de processus proches de l’industrie et de locaux uniques. Cela nous permet de développer concrètement de nouveaux matériaux, technologies, processus de production et applications en collaboration avec nos clients industriels ou en partenariat avec la fabrication de cellules de batteries Fraunhofer », explique le directeur de l’institut, le Professeur Hans-Martin Henning.

Le bâtiment lui-même sert également de « Living-Lab » pour la recherche : dans le cadre du projet « Haid-Power », financé par le Land de Bade-Wurtemberg à hauteur de trois millions d’euros, le centre a reçu un stockage hybride modulaire de batteries d’une capacité de 836 kWh, qui, associé à une installation photovoltaïque de 850 kilowatts sur le toit plat, soutient l’approvisionnement énergétique du bâtiment. En conditions réelles d’exploitation, il est ainsi possible de tester des solutions à base de batteries pour une utilisation commerciale et industrielle, ainsi que de nouvelles stratégies de fonctionnement telles qu’une gestion intelligente de la charge. Dans le cadre du projet financé par le BMBF « ecoLEPuS », une station de recharge rapide avec un stockage tampon sera installée pour expérimenter l’utilisation de batteries en seconde vie dans des applications à haute performance.

Focus de la recherche : durabilité, sécurité, performance

Dans le cadre de la transition énergétique, entre 300 et 800 gigawattheures de stockage stationnaire seront installés en Allemagne d’ici 2045, selon différents scénarios. C’est pourquoi le Fraunhofer ISE aborde dans ses recherches la durabilité des batteries, en commençant par des matériaux alternatifs au lithium, en passant par le développement de processus de production durables, jusqu’à l’utilisation en seconde vie et au recyclage en fin de vie. Par exemple, dans le projet actuel « PRONTO », les chercheurs travaillent sur une technologie de batteries sodium-ion, qui évite l’utilisation de matières premières critiques et peut être fabriquée en Bade-Wurtemberg.

Avec le développement rapide du marché des batteries, tant pour les applications mobiles que stationnaires, la demande pour des études et des tests sur les cellules et systèmes de batteries augmente également fortement. En réduisant les coûts et en améliorant la performance, il est également possible d’ouvrir un nombre croissant de possibilités pour le stockage d’énergie électrique. Les chercheurs interviennent ici tout au long de la chaîne, des matériaux à la gestion opérationnelle, pour améliorer la densité énergétique, la capacité de performance, le nombre de cycles ou encore le comportement de charge.

« Dans notre nouveau centre, nous pouvons réaliser des caractérisations à tous les niveaux, de la microstructure au système complet, et ainsi identifier précocement les défauts et risques pour la sécurité. Un sujet de recherche actuel en matière de sécurité est la propagation, où une cellule de batterie après l’autre subit une réaction en chaîne thermique, libérant de grandes quantités d’énergie », explique le chef de département, le Dr Daniel Biro. Pour cela, l’équipe d’essais dispose désormais d’un laboratoire unique, équipé d’installations de sécurité avancées, permettant à la fois des tests non destructifs et des explosions de cellules dans des chambres de sécurité spéciales.