Améliorer la durabilité des batteries lithium-ion des véhicules électriques

Améliorer la durabilité des batteries des véhicules électriques à tous les stades de leur cycle de vie. Tel est le défi que se sont lancé les partenaires du projet CircuBAT, un projet Flagship encouragé par Innosuisse. L’objectif est de réduire l’empreinte écologique des batteries automobiles au lithium-ion (Li-ion) tout au long de leur cycle de vie en créant un modèle d’affaires circulaire.

La part des ventes de véhicules électriques n’a cessé d’augmenter ces dernières années et cette tendance devrait se maintenir. La Suisse est appelée à s’aligner sur l’Union européenne, qui a décidé d’interdire la vente de véhicules à essence à partir de 2035. De nombreuses difficultés devront encore être surmontées pour respecter cette échéance, notamment en matière de durabilité. «Les batteries Li-ion ne sont pas encore durables et leur production dépend toujours de matières premières, dont certaines sont considérées critiques et dont l’extraction est problématique.», déclare le professeur Andrea Vezzini de la Haute école spécialisée bernoise, qui est à la tête du projet CircuBAT.

Explication des étapes du cycle de vie d’une batterie
Le projet Flagship CircuBAT réunit 31 partenaires issus des milieux industriel et universitaire suisses. Chacun travaille sur son propre sous-projet avec pour objectif d’optimiser les différentes étapes de la chaîne de valeur d’une batterie, depuis la création de modèles réparables et leur gestion plus efficace jusqu’au démontage et la réutilisation des composants.

Avant de pouvoir recycler une batterie, ses diverses pièces sont démontées. «Le but est de séparer les composants afin d’accéder aux éléments de la cellule sans les détruire», explique Christian Ochsenbein, directeur du Swiss Battery Technology Center. «Aujourd’hui, ce procédé est réalisé manuellement, ce qui exige beaucoup de travail et de temps, et peut se révéler dangereux. Nous nous efforçons donc de mettre au point des méthodes d’automatisation à l’aide de robots.» Dans le cadre du projet Circubat, cette étape devrait également fournir des orientations aux fabricants quant à la production de batteries optimisées pour faciliter leur réparation et leur désassemblage.

Les méthodes de recyclage actuelles consomment énormément d’énergie et ne permettent de récupérer qu’une petite partie des matériaux contenus dans une batterie. Une autre étape du projet consiste à améliorer le procédé de récupération des matériaux. «Nous ouvrons les cellules de la batterie pour en récupérer les principaux composants. Les matériaux actifs de la batterie sont ensuite isolés dans un bain d’eau. Autrement dit, les matériaux tels que le cuivre, l’aluminium et la matière active correspondante contenant du lithium, du manganèse, du nickel, du graphite et du cobalt peuvent être récupérés, puis revendus ou utilisés pour produire de nouvelles batteries», explique Olivier Groux, responsable du recyclage des batteries chez Kyburz AG. Ce procédé est actuellement mis au point en étroite collaboration avec l’EMPA, où les chercheurs s’occupent de la purification et de la régénération des matériaux. «Notre objectif est de récupérer les particules de matériaux actifs, notamment les oxydes métalliques et le graphite, et de leur redonner leur structure d’origine afin de garantir la réutilisation de matériaux de qualité pour la fabrication de nouvelles batteries», ajoute le Dr Nora Bartolomé, chercheuse à l’EMPA.

Aujourd’hui, la première vie des batteries automobiles dure en moyenne près de dix ans. Après quoi, ces batteries disposent encore souvent de 80% de leur capacité de charge initiale et elles peuvent donc être utilisées pendant de nombreuses années comme batteries de stockage sur le réseau électrique, notamment pour l’énergie solaire ou hydroélectrique. «Un modèle de vieillissement des batteries est développé pour assurer une prise de décision rapide en toute conscience des coûts, afin de déterminer si et quand une batterie doit être retirée de sa première utilisation pour passer à sa seconde vie ou si elle doit être recyclée immédiatement», explique Andrea Vezzini. Les données tirées de ce procédé sont analysées et exploitées pour développer des modèles décrivant le vieillissement des batteries sur la base des Big Data et du Machine Learning.

Vers une plus grande durabilité
«CircuBAT est unique dans son approche systémique de l’innovation. Notre objectif est de trouver des solutions optimales pour le marché suisse, tout en tenant compte des développements internationaux», déclare Andrea Vezzini. Lancée en 2022, la recherche progresse bien. «A des fins de démonstration, nous avons installé notre premier système de stockage de deuxième vie sur le site du Swiss Bike Park et nous avons réussi à remettre à neuf un camion électrique de dix ans en vue d’étudier le comportement de ses batteries au-delà de leur durée de vie initiale typique.» Les diverses étapes et le travail de tous les partenaires du projet devraient permettre, à long terme, de mettre en place un système complet de récupération des batteries usagées et de rendre ainsi la mobilité électrique plus durable.

Article mis à disposition par Innosuisse, écrit par Johanne Stettler, spécialiste en communication à Innosuisse
Images et vidéo: Innosuisse