La technologie Li-S se prépare pour les missions spatiales
Publié par Redbran le 02/07/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS

© CEA-IRAMIS
Les batteries lithium-ion sont devenues inévitables dans des domaines comme les véhicules électriques, les smartphones et les ordinateurs. La raison d'un tel succès? Une densité énergétique suffisamment élevée pour répondre aux besoins de ces dispositifs. Mais leurs limites semblent atteintes lorsqu'il s'agit d'applications plus exigeantes, comme les batteries spatiales. Le consortium ECLIPSE est convaincu que le lithium-souffre sera la prochaine grande révélation sur ce marché.

La technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) lithium-souffre (Li-S) a été brevetée et développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des...) par OXIS Energy, une entreprise anglaise qui a entrepris de révolutionner le marché des batteries rechargeables en 2004. Tandis que OXIS cible avant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) les véhicules électriques, le secteur de la défense et le stockage de l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à...), un groupe réunissant des centres de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également...), des entreprises et des universités sous l'égide d'Airbus (Airbus est un constructeur aéronautique européen et également un acteur majeur dans la construction aéronautique mondiale. Filiale à 100 % du groupe industriel EADS,...) a décidé dès 2015 de parier sur leur potentiel pour le secteur spatial. Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) ECLIPSE est né avec l'ambition de garantir que les contraintes spatiales seraient dûment prises en compte dans les améliorations à venir de la technologie Li-S.

Et le potentiel est évident: Li-S peut fonctionner à des températures bien plus élevées que Li-Ion et dégage en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une...) une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) spécifique 5 fois supérieure à celle de Li-Ion. Cette technologie est également moins onéreuse que sa concurrente du fait de son coût en matières premières inférieur. Et elle est plus sûre, plus respectueuse de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...), dotée d'un bon cycle de vie (La vie est le nom donné :) et d'une haute tolérance à la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.). En outre, comme le souligne Bertrand Faure, coordinateur du projet pour Airbus: "La technologie Li-S présente une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les...) énergétique supérieure, soit un meilleur ratio énergie vs. masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...) que le lithium-ion (Les accumulateurs à base de lithium utilisent des technologie en cours de mise au point, présentant un très important potentiel électrochimique. On distingue la technologie Lithium métal où l'électrode négative est composée de lithium...). Cela permet de disposer de batteries plus légères ainsi que de systèmes plus performants et plus rentables".

Pour un secteur comme le secteur spatial, où envoyer 1 kg en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) coûte environ 10 000 euros, réduire la masse des batteries pourrait vraiment changer la donne. Alors que le Li-Ion semble avoir atteint son pic de performance et que le futur prometteur de Li-S a été démontré, il est naturel que les parties prenantes investissent dans le développement de ce dernier.

Le projet ECLIPSE a mis spécifiquement l'accent sur trois axes d'amélioration: l'optimisation des principaux composants des cellules (cathode, anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de réduction (menant à la consommation...), séparateur et électrolyte) pour atteindre 400 Wh/kg; la batterie et le niveau d'encapsulation (L'encapsulation en général est la notion de mettre une chose dans une autre. En imageant, on peut voir que cette chose est mise dans une capsule. En particulier, on peut retrouver ce terme...); et l'étude de systèmes pour l'intégration dans l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des satellites (Satellite peut faire référence à :) et des lanceurs. Le nouveau concept de collecteur de courant de cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la borne négative...) mis au point (Graphie) par le projet, par exemple, utilise la perforation laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) pour réduire le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est...) d'environ 73 %.

"Nous nous sommes focalisés sur les améliorations technologiques qui permettraient une densité supérieure tout en étendant le cycle de vie. Nous avons essayé différentes solutions et différents matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) pour optimiser ces facteurs et deux brevets ont été déposés à la suite de ces activités", explique Bertrand Faure. Finalement, le consortium a opté pour une cellule à haute densité énergétique (deux fois celle des technologies les plus avancées) qui présente une bonne marge de progression.

Outre le fait qu'il ait réuni des acteurs clés autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter,...) du projet de développement des matériaux des batteries Li-S, les réalisations fondamentales de ce projet sont d'avoir permis de mieux comprendre les exigences et les spécifications des applications spatiales; d'avoir pris connaissance des facteurs contraignants et des paramètres clés à améliorer pour obtenir des cellules Li-S à haute énergie et bon cycle de vie; et d'avoir démontré l'utilité des modèles physiques des cellules lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) souffre.

Alors que le projet s'est achevé en novembre 2017, le consortium entend continuer à collaborer afin d'amener la technologie Li-S sur le marché spatial.

Voir également:
- Des nanotubes fonctionnalisés pour stabiliser et augmenter la capacité des batteries Li-soufre
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