Le Fraunhofer ISE gagne 10 à 15% de capacité en épaississant les électrodes de batterie

Le Fraunhofer ISE et ses partenaires ont porté l’épaisseur du revêtement des électrodes à 800 micromètres, contre 100 à 200 habituellement. La cellule contient alors moins de collecteurs de courant et davantage de matière active, et stocke 10 à 15% d’énergie de plus à poids égal. L’institut de Fribourg vise en premier lieu le stockage stationnaire.

Une électrode de batterie est aujourd’hui un empilement : de fines couches de revêtement alternent avec des collecteurs de courant, qui conduisent l’électricité mais n’en stockent pas. En épaississant le revêtement de plus du triple, les chercheurs réduisent le nombre de ces collecteurs, et la place ainsi libérée revient à la matière active.

« Normalement, l’anode et la cathode sont constituées d’un grand nombre de fines couches de revêtement d’électrode et de collecteurs de courant en alternance. Nous sommes parvenus à porter l’épaisseur du revêtement des 100 à 200 micromètres habituels jusqu’à 800 micromètres, et à réduire ainsi nettement le nombre de collecteurs nécessaires. Résultat, nous avons beaucoup plus de place pour la matière active et la densité d’énergie augmente de 10 à 15% selon le type de batterie et sa conception », détaille Oliver Fitz, responsable du groupe technologie des cellules de batterie au Fraunhofer ISE.

L’architecture a été validée en laboratoire sur des cellules zinc-ion, sodium-ion et lithium-ion, puis transposée pour cette dernière chimie en prototypes de cellules pouch, fabriqués sur une ligne semi-automatisée dans la salle sèche de l’institut. Les électrodes obtenues sont exemptes de PFAS et leur fabrication se passe de solvants toxiques.

Une ligne de production plus simple, pensée pour les PME

L’argument industriel tient à ce que la nouvelle architecture évite : une ligne de fabrication d’électrodes de ce type serait nettement moins complexe qu’une installation de revêtement par voie humide, donc moins coûteuse à installer, et moins chère à exploiter faute d’avoir besoin d’autant de surface et d’énergie. L’institut y voit une porte d’entrée pour des entreprises de taille moyenne qui voudraient produire leurs propres cellules en Allemagne.

« Dans un système énergétique climatiquement neutre, avec des sources fluctuantes comme le solaire et l’éolien, les batteries stationnaires sont une composante à part entière pour couvrir les pointes du matin et du soir. En Californie par exemple, les batteries fournissent déjà l’essentiel de l’électricité le soir. L’Allemagne ferait bien de bâtir des capacités de production pour le besoin croissant en batteries, et la valeur ajoutée qui va avec », plaide Andreas Bett, directeur du Fraunhofer ISE.

Les travaux ont été menés avec l’équipementier Helmut Hechinger et le constructeur de machines acp systems, qui développe les équipements de fabrication des électrodes, ainsi qu’avec l’université de Stuttgart et l’Institut Helmholtz d’Ulm. Ils sortent de trois projets financés sur fonds publics allemands, dont l’un, consacré aux batteries sodium-ion, court jusqu’en juin 2027. L’industrialisation, elle, n’est pas datée : Hechinger indique qu’il pourrait l’examiner si les prochaines étapes de montée en échelle confirment les coûts et les performances.

Le Fraunhofer ISE, institut des systèmes énergétiques solaires de la société Fraunhofer, est établi à Fribourg-en-Brisgau et se présente comme l’un des plus grands instituts de recherche solaire au monde. Ses travaux couvrent le photovoltaïque, le solaire thermique, l’hydrogène et le stockage électrique, du matériau à l’intégration au système énergétique.