Le 8 octobre 2010 – Ottawa, Ontario
La demande mondiale de véhicules hybrides électriques et hybrides électriques rechargeables grossit rapidement. Les chercheurs du CNRC et leurs partenaires ne ménagent pas leurs efforts pour rehausser la performance, la durée de vie et la sécurité des batteries au lithium-ion, dont la densité d'énergie équivaut au triple de celle des batteries à nickel-hydrure métallique présentement en usage dans les voitures hybrides. Leur objectif : rendre les batteries au lithium-ion de grand format assez sûres pour qu'on les utilise dans les véhicules tout en en réduisant considérablement leur coût.
L'équipe de Faits saillants du CNRC s'est récemment entretenue avec Isobel Davidson, directrice du Programme des technologies pour l'énergie propre de l'Institut de technologie des procédés chimiques et de l'environnement du CNRC au sujet des enjeux associés au développement de la nouvelle génération de batteries au lithium-ion.
Question : Quel est le développement le plus passionnant à l'heure actuelle en ce qui concerne les batteries au lithium-ion?
Réponse : Le stockage de l'électricité suscite un regain d'intérêt. On le doit essentiellement au fait que l'humanité doit s'affranchir des combustibles fossiles. Nous avons besoin de méthodes pour stocker l'électricité et électrifier les transports, qui, pour l'instant, dépendent presque totalement des hydrocarbures liquides. Il faut aussi stabiliser les réseaux d'électricité afin qu'ils exploitent les énergies renouvelables. La technologie des ions lithium conviendrait dans les deux cas. Cependant, deux obstacles majeurs doivent être surmontés : les batteries au lithium-ion de la grosseur voulue pour un véhicule électrique coûtent trop cher et elles posent un problème de sécurité qu'il faut absolument régler.
Qui dit transport, dit risque de collision. Comme il pourrait y avoir rupture de la batterie, il est impérieux de rendre celle-ci sécuritaire, même chargée. Par ailleurs, rien de nocif ne devrait s'en échapper advenant le cas où elle serait exposée à l'air accidentellement. Les piles au lithium-ion qui alimentent actuellement les téléphones cellulaires et d'autres articles de grande consommation renferment des composés chimiques très réactifs, corrosifs ou toxiques.
Q : Quelles devraient être les propriétés de la batterie idéale?
R : On devrait pouvoir la recharger et elle devrait produire environ 3,6 volts, comme les piles au lithium-ion des appareils électroniques grand public. En général, les piles à nickel-hydrure métallique et à nickel-cadmium produisent environ 1,2 volt. Pour obtenir la même puissance qu'une pile au lithium-ion, il faudrait donc en tripler le nombre. La batterie devrait aussi être bon marché et fonctionner une quinzaine d'années. Enfin, les pièces dont elle sera constituée devraient avoir une incidence minime sur l'environnement.
Q : Quel serait le " Saint-Graal " de la recherche sur les batteries au lithium-ion?
R : Il faudrait couper au moins de moitié le coût des batteries grand format. Une batterie utilisable pour le transport coûte présentement autour de mille dollars le kilowattheure. Un véhicule électrique type a besoin d'environ 35 kilowattheures. Une batterie de 35 000 $ rendrait la voiture inabordable. Pour récupérer un tel investissement, le véhicule devrait fonctionner très, très longtemps et parcourir d'innombrables kilomètres.
Q : Sur quoi le CNRC travaille-t-il présentement?
R : Le CNRC développe des matériaux de remplacement pour les principaux éléments des accumulateurs - l'anode, la cathode, les électrolytes, etc. Nous sommes en quête de matériaux plus écologiques, moins onéreux et plus sécuritaires. Nous étudions quelques technologies très avant-gardistes comme des électrolytes plus sûrs, recourant à des liquides ioniques, c'est-à-dire des sels liquides dont la conductivité ionique autorise la production d'une grande quantité d'énergie, mais peu inflammables. Nous travaillons aussi sur des cathodes à haute tension comme le spinelle de lithium-nickel-manganèse, une cathode de cinq volts susceptible d'accroître la puissance et la quantité d'énergie de la batterie.
Q : Qu'est-ce qui distingue le CNRC d'autres membres du milieu de la recherche?
R : Nous travaillons sur des matériaux très novateurs et sortons un peu des sentiers battus. Nous mettons à contribution des experts dans la science des matériaux, en électrochimie et en génie des procédés.
Q : Qu'y a-t-il de si innovateur dans les matériaux sur lesquels vous travaillez?
R : Beaucoup de liquides ioniques que nous utilisons n'ont jamais existé. Ailleurs, nous modifions des matériaux connus pour en augmenter la production d'énergie et la stabilité en les dopant avec divers éléments, en changeant leur chimie ou en altérant leur structure principale.
Q : Quelle est la plus grande idée préconçue au sujet des véhicules électriques?
R : Les gens pensent qu'ils seront amorphes, sans entrain. En réalité, le moteur électrique possède un excellent couple et les véhicules ont une très grande puissance d'accélération.
Une autre idée préconçue est l'angoisse de l'autonomie. Certaines personnes craignent de se retrouver avec une batterie à plat au milieu de nulle part. La vérité est que charger la batterie durant la nuit suffira amplement à la distance qu'on parcourt le jour, en temps normal. On n'épuisera pas la batterie tant qu'on n'accomplira pas un très long trajet.
Q : La capacité du réseau d'électricité suscite-t-elle des préoccupations?
R : Oui. Cela pourrait poser un problème dans les villes où il est difficile d'accroître la capacité du réseau. Plus le quartier est aisé, plus il y pourrait y avoir de véhicules électriques, ce qui entraînerait localement une forte demande sur le réseau.
Une autre difficulté est que la voiture électrique ne peut se brancher à une prise ordinaire dans le garage - le circuit surchaufferait et pourrait causer un incendie. Il faut une prise spécialement adaptée pour cela. Dans beaucoup de grandes villes, comme en Europe, les gens stationnent dans la rue et n'ont pas accès à une telle prise. On songe à aménager des postes de ravitaillement publics où les conducteurs pourraient recharger leur voiture en payant avec leur carte de crédit.
Q : Combien d'électricité faudrait-il pour recharger une voiture comparativement à ce que consomme un électroménager, par exemple?
R : Un téléviseur à plasma consomme presque autant d'énergie qu'un véhicule électrique. En général, il faut brancher la voiture six à huit heures pour recharger sa batterie, au courant le plus élevé. Si j'habite à 16 kilomètres du bureau, plusieurs jours s'écouleront sans doute avant que la batterie ne tombe à plat et que je doive la recharger. Par ailleurs, on pourra la recharger plus vite à une plus forte tension et à un courant plus intense.
Q : Que préférez-vous le plus du travail sur la technologie des ions lithium?
R : Je trouve le concept fascinant, parce que ces dispositifs sont extrêmement efficaces - la quantité d'énergie qui y entre et qui en sort est presque identique. Les batteries au lithium-ion ressemblent beaucoup à une machine à mouvement perpétuel : très peu d'énergie se perd à chaque cycle. Celles des satellites fonctionnent 20 à 30 ans. J'adore l'idée de devoir trouver comment les perfectionner encore plus.
