la fibre de carbone s’invite dans les batteries des futurs véhicules légers économes en énergie
Des chercheurs de l’université de technologie Chalmers en Suède ont réussi à créer une batterie en composite de fibres de carbone aussi rigide que l’aluminium et suffisamment dense en énergie pour être commercialisée.
La recherche sur les batteries structurelles se poursuit depuis de nombreuses années à Chalmers et, à certains stades, également en collaboration avec des chercheurs de l’Institut royal de technologie KTH à Stockholm, en Suède. Lorsque le professeur Leif Asp et ses collègues ont publié leurs premiers résultats en 2018 sur la manière dont les fibres de carbone rigides et résistantes pouvaient stocker chimiquement l’énergie électrique, l’avancée a suscité une réelle attention. L’information selon laquelle les fibres de carbone peuvent servir d’électrodes dans les batteries lithium-ion a été largement diffusée et la réalisation a été classée parmi les grandes avancée de l’année par le prestigieux Physics World.
Un poids plus faible nécessite moins d’énergie
Depuis lors, le groupe de recherche a continué à développer son concept afin d’augmenter à la fois la rigidité et la densité énergétique. La première étape en 2021, la batterie avait une densité énergétique de 24 wattheures par kilogramme (Wh/kg), soit environ 20 % de la capacité d’une batterie lithium-ion comparable. Aujourd’hui, elle atteint 30 Wh/kg. Bien que ce chiffre soit encore inférieur à celui des batteries actuelles, il faut aussi noter qu’une batterie en matériau plus léger, réduit le poids du véhicule et par la même l’énergie nécessaire à son fonctionnement.
« Nous avons réussi à créer une batterie en composite de fibres de carbone qui est aussi rigide que l’aluminium et suffisamment dense en énergie pour trouver des applications pratique . Tout comme un squelette humain, la batterie a plusieurs fonctions en même temps », explique Richa Chaudhary, chercheur à Chalmers et premier auteur d’un article scientifique récemment publié dans Advanced Materials.
« Investir dans des véhicules légers et économes en énergie est une évidence si nous voulons économiser l’énergie et penser aux générations futures. Nous avons effectué des calculs sur les voitures électriques qui montrent qu’elles pourraient rouler jusqu’à 70 % plus longtemps qu’aujourd’hui si elles étaient équipées de batteries structurelles compétitives », explique Leif Asp, directeur de recherche et professeur au département des sciences industrielles et des matériaux de l’université Chalmers.
Lorsqu’il s’agit de véhicules, bien sûr, les exigences en matière de conception sont élevées, car il faut que la cellule soit suffisamment solide pour répondre aux exigences de sécurité. La cellule de batterie structurelle de l’équipe de recherche a considérablement augmenté sa rigidité, ou plus précisément son module d’élasticité, mesuré en gigapascal (GPa), qui est passé de 25 à 70. Cela signifie que le matériau peut supporter des charges aussi bien que l’aluminium, mais avec un poids inférieur.
« En termes de propriétés multifonctionnelles, la nouvelle batterie est deux fois plus performante que son prédécesseur – et même la meilleure jamais fabriquée au monde », déclare Leif Asp, qui mène des recherches sur les batteries structurelles depuis 2007.
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