Tester en toute sécurité les batteries solides

Le marché des véhicules électriques est en plein essor. Parallèlement, de nouvelles possibilités sont constamment explorées pour augmenter l'autonomie, réduire les temps de charge, améliorer la sécurité et renforcer la durabilité. Les batteries à électrolyte solide pourraient à l'avenir remplacer les batteries lithium-ion conventionnelles à électrolyte liquide. D'ici là, plusieurs défis doivent encore être relevés et de nombreux tests doivent être effectués. Comme il n'existe actuellement aucune norme uniforme à ce sujet, weisstechnik développe, sur la base de son expérience de longue date, des solutions pour des coffrets de test compacts et des laboratoires d'essai qui répondront de manière fiable à toutes les exigences à venir.

La course au développement a commencé

La course à la meilleure solution pour les batteries à électrolyte solide est depuis longtemps lancée. Selon le fabricant, les premières voitures de série pourraient sortir des chaînes de production entre 2025 et 2030. Jusqu'à présent, seule l'entreprise française Blue Solutions a présenté une solution prête pour la série, notamment utilisée dans le Mercedes eCitaro. Les entreprises principalement originaires du Japon, de Corée du Sud, de Chine et des États-Unis se positionnent actuellement comme des moteurs d'innovation. Forte de leur longue expérience dans le développement automobile, les entreprises allemandes disposent cependant de conditions idéales pour apporter des contributions décisives à la percée des batteries à électrolyte solide. La technologie de test de weisstechnik peut jouer un rôle important à cet égard.

Le domaine d'innovation des batteries à électrolyte solide

Contrairement aux batteries lithium-ion conventionnelles à électrolyte liquide, les batteries à électrolyte solide (Solid-State Batteries, SSB) utilisent des électrolytes solides. Actuellement, différentes classes d'électrolytes solides sont en cours de recherche pour leurs performances dans des cellules complètes de SSB. L'accent est mis principalement sur les électrolytes solides à base d'oxydes, de sulfures, de polymères et d'halogénures, ainsi que sur des solutions hybrides dérivées de ces matériaux. Dans toutes ces lignes de développement, il est nécessaire de repenser la chimie de la batterie et d'harmoniser parfaitement tous les composants pour atteindre les propriétés souhaitées. Par exemple, de nouveaux matériaux actifs pour l'anode (anode active materials, AAM) tels que le lithium métallique et le silicium peuvent également être utilisés. Diverses options sont également étudiées pour les matériaux actifs de la cathode (cathode active materials, CAM).

Des avantages convaincants possibles

L'hypothèse de travail de nombreux projets de recherche est que la combinaison optimale de matériaux dans les batteries à électrolyte solide offre des avantages significatifs par rapport aux batteries lithium-ion à électrolyte liquide et peut révolutionner durablement le monde de la mobilité électrique. Les batteries à électrolyte solide promettent une densité d'énergie nettement plus élevée et une autonomie jusqu'à 30 % supérieure, tout en étant plus compactes. De plus, selon la chimie de la cellule, le temps de charge peut être considérablement réduit et le nombre de cycles de charge peut dépasser 2000. En fonction de la chimie de la cellule, la faible dangerosité en cas d'incendie dû à une surcharge ou à un accident est également un avantage, car aucun composant liquide inflammable ne fuit. De plus, leur fabrication peut être beaucoup plus durable, ce qui leur confère un potentiel futur considérable. Cependant, il est essentiel de rendre la production des composants et la fabrication des cellules évolutives, tout en réduisant les coûts de production, qui sont actuellement 7 à 8 fois plus élevés, à un niveau adapté à la série.

Une pression de développement énorme

Actuellement, les constructeurs automobiles, les fournisseurs, les laboratoires de développement et les universités travaillent sur la technologie des batteries à électrolyte solide. Des fonds importants sont disponibles à cet effet — à lui seul, VW investit plus de 300 millions d'euros dans les années à venir via son partenaire QuantumScape. En Allemagne, des instituts tels que Fraunhofer, le KIT, le centre de recherche Jülich, l'Université technique de Braunschweig et le MEET à Münster s'engagent dans ce domaine. Un moteur d'innovation est le centre interdisciplinaire de recherche sur les matériaux (ZfM) de l'Université de Gießen. Avec une équipe d'environ 40 personnes, le spécialiste reconnu internationalement, Prof. Dr. Dr. h. c. Jürgen Janek, mène des recherches sur les bases chimiques et physiques et les défis liés aux batteries à électrolyte solide. Il coordonne également les activités du cluster de compétences pour les batteries à corps solide (FestBatt), intégré dans le concept-cadre « Usine de recherche sur la batterie » du ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF). « Les attentes du marché sont énormes, la pression pour fournir des solutions rapides est grande. Il est donc crucial de travailler avec une technologie de test fiable et précise », explique Prof. Dr. Dr. h. c. Jürgen Janek, directeur général du ZfM et coordinateur du cluster FestBatt.

Le facteur clé du succès : la technologie de test

Face à cette pression de développement, les exigences envers les fournisseurs de technologie de test augmentent également. En effet, même les batteries à électrolyte solide doivent subir de nombreux tests avant leur mise en série. Bien qu'il soit en principe attendu qu'elles soient globalement moins problématiques que les batteries lithium-ion conventionnelles en raison de leurs propriétés matérielles, elles présentent une densité d'énergie plus élevée et un autre potentiel de danger, ce qui nécessite une adaptation de la technologie de test en matière de sécurité. Ce n'est qu'ainsi que la performance et la sécurité pourront être testées de manière exhaustive. Cependant, en l'absence de normes d'essai spécifiques ou de directives du fabricant, il est difficile de déterminer quelles tests doivent être effectués, selon quelles exigences, et quelles installations de test peuvent le faire de manière fiable et sécurisée. En effet, malgré leur potentiel de danger moindre, lors de tests de batteries à base de sulfure, des émissions toxiques et explosives de sulfure d'hydrogène (H2S) peuvent se produire. Il est donc essentiel que les équipements de test soient conçus de manière à garantir la sécurité des personnes, des installations et de l'environnement.

Exigences pour la technologie de test

Outre le risque potentiel lié aux émissions de H2S, les équipements de test doivent également prendre en compte la température de fonctionnement plus élevée requise pour les batteries à électrolyte solide. Indépendamment de ces particularités, il est prévu que les installations de test pour batteries à électrolyte solide aient des exigences similaires ou identiques à celles des batteries lithium-ion conventionnelles en termes de tests et d'environnements de test. Avec l'évolution des développements, le contenu des normes sera progressivement clarifié. Cela est crucial pour que tous ceux qui travaillent dans cet environnement dynamique puissent disposer d'une base sûre et uniforme, permettant d'obtenir des résultats d'essai comparables.

Améliorations pour les installations existantes

De nombreuses entreprises et institutions disposent déjà d'installations de test pour batteries lithium-ion conventionnelles. Si ces installations proviennent de weisstechnik, elles peuvent généralement être facilement modifiées ou étendues pour tester des batteries à électrolyte solide. Par exemple, une chambre d'essai peut simplement nécessiter l'intégration d'un système d'alerte H2S avec capteur et lampe d'avertissement, ainsi qu'une solution de ventilation supplémentaire si nécessaire. Les coffrets de test ClimeEvent, destinés aux applications en laboratoire, peuvent également être rapidement et facilement adaptés à la plupart des exigences. Pour les entreprises, la mise à niveau des solutions de test existantes est plus durable et plus rapide à réaliser. Cela leur confère un avantage concurrentiel important dans cet environnement de développement très dynamique, où il est crucial de trouver rapidement des réponses fiables et de présenter des solutions sûres.

Nouveaux coffrets et chambres d'essai

En plus de nombreux acteurs établis, de jeunes entreprises et start-ups travaillent également sur les batteries à électrolyte solide. Souvent, elles ne disposent pas encore ou seulement de manière limitée de leurs propres installations de test, ce qui les oblige à se tourner vers des coffrets et chambres d'essai disponibles rapidement et sûrs à utiliser. Là aussi, weisstechnik peut apporter une aide simple. Grâce à la gamme Hazard Level, il est facile d’évaluer les exigences relatives aux équipements de test et, après une analyse des risques, de les transformer en solutions standardisées ou en fabrications sur mesure. La modularité du concept de base de leurs solutions de test facilite et accélère leur développement et leur livraison.

La technologie de test reste une question de confiance

Compétence, expérience et service sont des critères essentiels dans le choix d’un partenaire pour les solutions de test dans le secteur automobile. weisstechnik est un spécialiste expérimenté des solutions de test exigeantes, actif dans le domaine des batteries lithium-ion depuis plus de 20 ans. Fort de cette expertise, l'entreprise propose des solutions de test prêtes à l'emploi, à la fois fiables à court terme et économiquement viables à long terme. En tant que leader innovant du secteur, weisstechnik soutient également ses clients dans le domaine du service, avec un réseau de service couvrant tout le territoire allemand et des contrats de service adaptés aux besoins. Cela augmente la sécurité opérationnelle et permet aux entreprises de se concentrer sur leur développement.