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Recherche partenariale sur la batterie au lithium métallique

L’équipe de Steen Schougaard amorce un projet visant à améliorer ce qui pourrait devenir la batterie rechargeable de l’avenir.

Par Pierre-Etienne Caza

27 septembre 2022 à 16 h 03

Le professeur du Département de chimie Steen Schougaard et son équipe ont participé à une première rencontre de travail officielle avec leurs partenaires de Blue Solutions Canada, le 27 septembre dernier, au Complexe des sciences Pierre-Dansereau. Leur projet commun: améliorer la batterie au lithium métallique, une solution d’avenir pour l’électrification des transports. L’entreprise Blue Solutions Canada apporte son soutien financier, auquel s’ajoute ceux du regroupement InnovÉE et du CRSNG Alliance, pour un montant total de près de 900 000 dollars.

Une alternative aux batteries lithium-ion

L’électrification des transports est l’une des voies privilégiées pour réduire les émissions de gaz à effet de serre au cours des prochaines années. Cette transition énergétique nécessite des développements technologiques, notamment du côté des batteries rechargeables, un domaine en pleine expansion au Québec.

Tout un écosystème industriel s’est développé autour des batteries au lithium-ion pour véhicules électriques. Ces batteries comportent toutefois de sérieux inconvénients: l’utilisation d’un électrolyte liquide – le conducteur assurant la bonne circulation des ions lithium d’une électrode à l’autre de la batterie –, lequel est inflammable, ainsi que des besoins en minéraux critiques, comme le cobalt et le nickel, dont les réserves mondiales ne suffiront pas pour alimenter tous les futurs véhicules électriques de la planète.

Les constructeurs des batteries de demain devront se tourner vers d’autres solutions, et l’une d’entre elles est l’utilisation d’un électrolyte solide, d’où l’appellation batterie tout solide ou batterie au lithium métallique. «Les premières piles au lithium métallique ont été développées dans les années 1970 par le chimiste britannique Stanley Whittingam, raconte Steen Schougaard, un spécialiste des piles au lithium et du stockage d’énergie, qui est aussi directeur du Département de chimie. Le problème, qui avait été constaté rapidement, est que le lithium métallique a tendance à produire des dendrites, de petits fils métalliques qui poussent à travers le séparateur entre la cathode et l’anode et qui peuvent générer des courts-circuits, et donc un risque d’incendie. On ne pouvait donc pas utiliser le lithium métallique avant d’avoir résolu ce problème.»

En parallèle, des chercheurs comme le chimiste japonais Akira Yoshino et le physicien américain John Goodenough ont développé, puis perfectionné la batterie lithium-ion rechargeable, travaux auxquels a aussi participé Stanley Whittingam. «Cela leur a valu le prix Nobel de chimie en 2019», rappelle Steen Schougaard, qui a eu la chance d’être formé par le professeur Goodenough.

Puisque les gains en puissance et en capacité d’emmagasinage d’énergie d’une batterie tout solide supplanteraient en théorie ceux de la batterie lithium-ion, les spécialistes n’ont jamais cessé de chercher une manière de neutraliser ces fâcheuses dendrites. «Blue Solutions y est parvenue, mais la température des batteries doit être maintenue  entre 50 et 100 degrés Celsius, ce qui implique de les garder branchées si le véhicule ne roule pas», note Steen Schougaard.

Située à Boucherville, l’entreprise Blue Solutions Canada est une filiale du groupe français Bolloré, qui a piloté le service d’autopartage Autolib, de 2011 à 2018, dans l’agglomération parisienne, offrant ses voitures électriques Bluecar équipées d’une batterie au lithium métallique. «Il s’agit de la technologie idéale pour un système d’autopartage, car ce sont des véhicules qui roulent ou sont branchés en tout temps, maintenant la température permettant de préserver le bon fonctionnement de la batterie», explique le professeur.

Abaisser les seuils de température opérationnelle

L’entreprise souhaite désormais s’attaquer au défi d’abaisser les seuils de température opérationnelle pour sa batterie. «Dans un premier temps, on visera une température autour de 20 degrés Celsius, pour ensuite s’attaquer aux contraintes de nos températures hivernales canadiennes», précise le chercheur.

L'équipe qui épaulera le professeur Steen Schougaard et Olivier Rynne de Blue Solutions: Isabelle Beaulieu, Jeremy Dawkins, Bastian Maximilian Krueger, Fariborz Chitsazzadeh, Loveline Domingue et Brittany Pelletier-Villeneuve. Photo: Louis-Charles Dumais

Dans cette optique, l’objectif du projet de recherche de Steen Schougaard et de son équipe est de concevoir une série de techniques analytiques de pointe qui seront utilisées dans le développement continu de la batterie tout solide, en particulier pour améliorer le processus de décapage et de placage du lithium, afin d’augmenter les performances et réduire les coûts.

Dans le cadre de cette recherche partenariale, Blue Solutions donne à l’équipe de Steen Schougaard un accès privilégié à sa technologie et à ses équipements. «C’est une belle occasion pour les étudiantes et étudiants souhaitant s’investir dans les développements technologiques permettant le passage à l’économie verte de l’avenir», conclut-il. Avis aux intéressés!

Ce partenariat, qui s’échelonnera sur quatre ans, a été conclu avec la participation du Service des partenariats et du soutien à l’innovation (SePSI) de l’UQAM.

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