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Voitures électriques: Hydro-Québec travaille sur des batteries plus performantes

Par Julien Amado Mise en ligne : 28 mai 2015

Dans 10 ans, les batteries des voitures électriques pourraient offrir la même autonomie qu’un plein d’essence. Deux fois plus compactes et légères, elles seront aussi plus faciles à recycler.

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Photo: Shutterstock

Les voitures électriques et hybrides actuellement sur le marché sont propulsées par des batteries de type lithium-ion. Une technologie qui a atteint ses limites, selon les chercheurs de l’Institut de recherche d’Hydro-Québec (IREQ). Pour améliorer les performances des voitures électriques, il faut associer le lithium à d’autres matériaux.

Les futures batteries devront répondre à des critères simples, mais difficiles à rencontrer. «Notre objectif: une batterie qui offre 500 km d’autonomie, rapide à recharger, constituée de matériaux recyclables et abondants dans la nature, explique Karim Zaghib, directeur du stockage et de la conservation de l’énergie à l’IREQ. Enfin, il faut qu’elle puisse être produite en grand nombre, à un coût raisonnable.»

Les chercheurs de l’IREQ développent principalement trois nouveaux prototypes de batteries qui pourraient être commercialisées dans les années à venir. Celle dont le développement est le plus avancé arrivera sur le marché dès 2017.

Batterie lithium métal polymère
Récemment dévoilée par l’IREQ en partenariat avec la société CIC Energigune, une nouvelle batterie lithium métal polymère arrivera sur le marché dans moins de deux ans. Un modèle un peu moins avancé équipe déjà les Bolloré Bluecar, soit les voitures électriques du service d’autopartage français Autolib’.

Cette batterie aura une autonomie deux fois plus grande qu’une batterie lithium-ion équivalente. Entièrement composée de matériaux ininflammables, elle offrira aussi une sécurité de fonctionnement accrue. Elle ressemblera à une grande enveloppe de papier souple et pourra ainsi être disposée de maintes façons dans le véhicule.

Mais elle a aussi des défauts… Elle exigera un temps de recharge plus long et devra fonctionner à une température constante. Il faudra donc qu’elle soit chauffée ou refroidie en fonction des conditions climatiques rencontrées. L’IREQ travaille présentement à résoudre ces difficultés.

Batterie lithium-soufre
La technologie lithium-soufre devrait pour sa part être sur le marché dans environ cinq ans. Le soufre étant un matériau bon marché et abondant, les coûts de production seraient moins élevés.

Cette batterie offrirait une densité d’énergie deux à trois fois supérieure à celle d’une batterie lithium-ion, avec une perte de poids d’environ un tiers, selon l’IREQ. La voiture serait donc légère, et aurait moins de difficulté à déplacer son propre poids.

Ce modèle n’étant pas encore breveté, l’IREQ n’a pas fourni de précision sur, notamment, l’autonomie et le temps de recharge.

Batterie lithium-air
La batterie lithium-air ne verra pas le jour avant au moins 2025. L’ambition d’Hydro-Québec est d’offrir la même densité d’énergie que l’essence. À l’heure actuelle, une batterie lithium-ion possède une densité dix fois moins importante que celle du carburant fossile.

Le chercheur Karim Zaghib a précisé que cette technologie d’avenir est particulièrement difficile à mettre au point. L’objectif est de faire réagir le métal le plus léger disponible sur terre, le lithium, avec l’oxygène de l’air, très léger aussi, et gratuit.

Lorsqu’elle sera au point, cette batterie offrira une densité d’énergie dix fois plus élevée qu’une batterie lithium-ion, avec un volume et un poids deux fois moins importants. La recharge sera également plus rapide, mais les chercheurs ignorent encore dans quelles proportions.

La recharge et le froid
Outre l’autonomie, la rapidité de recharge et la résistance au froid s’avèrent des facteurs très importants, surtout au Québec, où l’hiver est rigoureux. «Les voitures actuelles peuvent perdre jusqu’à 50 % d’autonomie par grand froid, explique Karim Zaghib. Les nouvelles batteries pourront conserver 80 % de leur capacité à une température de -30 °C.»

La recharge rapide constitue un problème plus complexe, car, pour le résoudre, il faut travailler à l’échelle nanoscopique, qui est 1 000 fois plus petite que l’échelle microscopique. Grâce à la technologie des nanotitanates développée par Hydro-Québec, il sera bientôt possible de recharger intégralement la batterie d’un autobus en moins d’une minute grâce à une borne de recharge 1 000 fois plus puissante.

Cette technologie est destinée aux autobus ou aux tramways qui s’arrêtent toujours au même endroit. En effet, la quantité d’énergie demandée et les installations complexes requises empêchent de développer ce système pour des automobiles.

Comment fonctionne une batterie?
Une batterie est un dispositif destiné à stocker, puis à restituer de l’énergie. Elle se compose de trois principaux éléments: une électrode positive (la cathode), une électrode négative (l’anode), qui baignent toutes deux dans un électrolyte.

Lorsqu’on connecte les bornes négative et positive, l’électrolyte permet la réaction chimique et le déplacement des ions (atomes ou groupes d’atomes électriquement chargés). C’est ce qui permet à la batterie d’alimenter un moteur électrique.

Pour qu’une batterie soit rechargeable, il faut que la réaction soit réversible lorsqu’on fait entrer un courant électrique dans la batterie. C’est ce qui se produit lorsqu’on branche une auto électrique ou hybride rechargeable.

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