« Toyota Motor, en collaboration avec l’Université de Kyoto, viennent de tester la batterie à ion fluorure (FIB), que j’ai inventée en 2007. » Pr. Rachid Yazami
L’Université de Kyoto et Toyota testent une batterie EV de 1000 km par charge
OSAKA – Une équipe de chercheurs de l’Université de Kyoto et de Toyota Motor fait de grands progrès dans le développement d’une technologie de batterie de nouvelle génération qui a le potentiel de stocker beaucoup plus d’énergie dans un petit boîtier léger que le lithium-ion ou li-ion standard actuel, batteries.
La nouvelle batterie fluorure-ion sur laquelle les chercheurs travaillent, qui contiendrait environ sept fois plus d’énergie par unité de poids que les batteries li-ion conventionnelles, pourrait permettre aux véhicules électriques de parcourir 1000 km avec une seule charge.
L’équipe a développé un prototype de batterie rechargeable à base de fluorure, l’anion – l’ion chargé négativement – du fluor élémentaire. Une batterie fluorure-ion, ou FIB, génère de l’électricité en faisant passer les ions fluorure d’une électrode à l’autre à travers un électrolyte conducteur d’ions fluorure
« Je viens d’apprendre que Toyota Motor, en collaboration avec l’Université de Kyoto, viennent de tester la batterie à ion fluorure (FIB), que j’ai inventée en 2007.
Selon l’article du Asia Nikkei, la FIB permet à une voiture électrique de parcourir 1000 km par charge, ce qui est le double de la batterie lithium-ion.
Je me sens fier! » a publié lePr. Rachid Yazami sur sa page Facebook
Le prototype a été créé par une équipe de chercheurs dirigée par Yoshiharu Uchimoto, professeur à l’Université de Kyoto. Il utilise une anode, ou électrode chargée négativement, composée de fluor, de cuivre et de cobalt, et une cathode, ou électrode chargée positivement, constituée principalement de lanthane. Les chercheurs ont confirmé que le prototype a une densité d’énergie théorique plus élevée, ce qui lui donne potentiellement une autonomie jusqu’à sept fois plus longue que les batteries Li-ion d’aujourd’hui.
L’autonomie des véhicules électriques a considérablement augmenté au fil des années, en raison de l’amélioration des performances de la batterie Li-ion et des systèmes de récupération d’énergie de décélération, qui rechargent la batterie en utilisant l’électricité générée par le freinage. Certains des derniers modèles EV de Tesla et Nissan Motor , par exemple, peuvent parcourir jusqu’à 600 km par charge dans des conditions idéales. Mais les experts disent qu’il y a une limite théorique à la densité d’énergie des batteries Li-ion, ce qui signifie que leur portée ne peut pas être étendue beaucoup plus.
Les chercheurs de l’Université de Kyoto et de Toyota se sont tournés vers le FIB en raison de sa densité d’énergie théoriquement plus élevée. Cela se traduit par des batteries plus petites et plus légères avec les mêmes performances que les cellules Li-ion, ou, si elles étaient de la même taille et du même poids que les batteries Li-ion d’aujourd’hui, elles pourraient produire plus de jus entre les charges.
Les chercheurs ont opté pour un électrolyte solide à la place de l’électrolyte liquide généralement utilisé dans les batteries li-ion. L’un des principaux avantages de ces batteries à semi-conducteurs est qu’elles ne peuvent pas prendre feu, ce qui signifie que les ingénieurs n’ont pas à se soucier de créer des systèmes pour éviter la surchauffe.
Les chercheurs parient qu’une batterie FIB à semi-conducteurs peut résoudre le casse-tête de la construction d’un véhicule électrique capable de parcourir 1000 km avec une seule charge. De nombreux experts restent cependant sceptiques.
Le plus grand défi est que jusqu’à présent, les FIB ne fonctionnent qu’à des températures élevées. Les ions fluorure ne sont connus pour être utilement conducteurs, c’est-à-dire pour se déplacer vers une électrode polarisée, que lorsque l’électrolyte à l’état solide est suffisamment chauffé. Cela rend les FIB peu pratiques pour de nombreuses applications grand public. Les températures élevées requises provoquent également l’expansion des électrodes. A noter que la batterie FIB inventée par le Professeur Yazami fonctionne à la température ambiante, voire en dessous de -10C, grâce à l’utilisation d’un électrolyte liquide de son invention aussi.
L’équipe Université de Kyoto-Toyota affirme avoir trouvé un moyen d’empêcher les électrodes de gonfler en les fabriquant à partir d’un alliage de cobalt, de nickel et de cuivre. L’équipe prévoit d’ajuster les matériaux utilisés dans l’anode pour s’assurer que la batterie peut être chargée et déchargée sans perdre de capacité.
En 2018, des scientifiques du Honda Research Institute, ainsi que des chercheurs du California Institute of Technology et du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, avec lesquels le professeur Yazami avait travaillé entre 2000 et 2010, ont franchi une étape importante avec la technologie FIB: la capacité à faire fonctionner les cellules de puissance à température ambiante, plutôt que de les chauffer à des températures élevées.
Dans un article publié dans Science, le co-auteur Robert Grubbs, un chercheur de Caltech, déclare: « Les batteries au fluorure peuvent avoir une densité d’énergie plus élevée, ce qui signifie qu’elles peuvent durer plus longtemps – jusqu’à huit fois plus longtemps que les batteries utilisées aujourd’hui.« En 2007, les professeurs Grubbs (prix Nobel de chimie 2005) et Yazami ont co-fondé la société californienne, « CFX Battery », pour entre autres, développer la batterie FIB.
D’autres études sont en cours au Japon et à l’étranger pour trouver une alternative aux batteries Li-ion, avec des ions magnésium et aluminium parmi les candidats prometteurs.
La course pour développer une telle batterie est intense. Celui qui développera les batteries rechargeables les plus performantes deviendra le leader mondial de cette technologie vitale, déclare Yasuo Ishiguro, directeur exécutif du Consortium for Lithium Ion Battery Technology and Evaluation Center, une institution de recherche à Osaka.
Le marché des batteries est lucratif, avec des prévisions de ventes mondiales de plus de 600 milliards de yens (56 milliards de dollars) en trois ans.
Les progrès de la technologie des batteries rechargeables ne se traduiront pas seulement par de meilleurs véhicules électriques. Cela leur permettra de servir de forme omniprésente de stockage de l’électricité produite à partir de sources renouvelables telles que l’énergie solaire, contribuant à alimenter la société avec une énergie propre.
La nouvelle technologie de batterie nous permettra de «créer une nouvelle société sans investir massivement dans les infrastructures», déclare Akira Yoshino, chercheur chez le fabricant de produits chimiques Asahi Kasei, qui a partagé le prix Nobel de chimie en 2019 pour sa contribution au développement de solutions commercialement viables.
Des chercheurs du monde entier se font concurrence pour créer de meilleures batteries Li-ion. Un projet LIBTEC vise à développer la technologie des batteries Li-ion à semi-conducteurs d’ici avril 2023. Toyota et Panasonic participent à l’effort.
Malgré les espoirs grandissants pour les FIB, ils ne parviendront pas sur le marché avant un certain temps. De nombreux experts estiment que dans les années 2030, des FIB commercialement viables ne seront pas disponibles. Inventée par Goodenough (cathode a base de cobalt) et Yazami ( anode en graphite) en 1980, un premier prototype de batterie li-ion a été développé en 1985, mais les batteries ne sont devenues disponibles dans le commerce qu’en 1991.
Le principal défi pour les ingénieurs est de trouver la meilleure combinaison d’éléments – quels ions devraient être utilisés et quels produits chimiques devraient constituer les électrodes et les électrolytes. La combinaison contribue grandement à déterminer les performances de la batterie.
Ishiguro souligne les avantages du Japon dans cette course, en soulignant les compétences technologiques des universités, des constructeurs automobiles et des fabricants de matériaux du pays. Mais le Japon est moins doué en chimie et en intégration de systèmes nécessaires pour maximiser les performances du produit. La bataille pour la suprématie des batteries sera rude.
Les gagnants seront probablement ceux qui utilisent le plus efficacement les technologies de pointe et les techniques de fabrication avancées, telles que « l’informatique des matériaux » basée sur l’intelligence artificielle, une activité initiée par le Professeur Yazami pour la charge rapide et l’amélioration de la sécurité des batteries. Cela implique d’appliquer les principes de l’informatique – en utilisant la science de l’information pour résoudre des problèmes – à la science et à l’ingénierie des matériaux pour atteindre les objectifs de développement.