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« Nous préparons les électrodes des futures générations de batteries lithium », lance Pascal Boulanger (Nawatechnologies)

PROPOS RECUEILLIS PAR XAVIER BOIVINET
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« Nous préparons les électrodes des futures générations de batteries lithium », lance Pascal Boulanger (Nawatechnologies)

Pascal Boulanger Nawa technologies

© Guittet Pascal

Nawatechnologies est connue pour ses supercondensateurs à nanotubes de carbone. Elle pourrait bientôt utiliser ces nanotubes dans des électrodes de batteries lithium-ion pour en améliorer les performances et préparer les générations « tout-solide » et les suivantes. C’est en tout cas ce que laissent penser les résultats prometteurs des premiers prototypes, affirme Pascal Boulanger, fondateur et directeur technique de l’entreprise d’Aix en Provence.

Industrie & Technologies : Vous avez annoncé le 1er octobre avoir fait un « bond en avant » concernant les électrodes de batterie au carbone. De quoi s’agit-il ?

Pascal Boulanger : Après avoir démarré cette activité en 2019 dans le cadre d’un projet Ademe avec Saft - mais aussi avec d’autres partenaires -, nous avons fait des premiers prototypes d’électrodes cette année et avons pu les tester. Nous pouvons atteindre des niveaux de performance très intéressants : un doublement de la densité d’énergie - voire un triplement avec un petit peu d’optimisation du procédé - et une amélioration pouvant aller jusqu’à un facteur 10 de la puissance et donc de la vitesse de recharge.

D’où viennent ces gains en performances ?

Nous ajoutons une couche de nanotubes de carbone entre le substrat métallique et la matière active. Ils permettent d’améliorer l’adhésion entre les deux et la conduction électrique sans avoir recours à des additifs qui sont aujourd’hui généralement mélangés à la matière active.

Ces nanotubes de carbone permettent de diviser par 100 la distance que doit parcourir un ion lors d’un cycle de charge/décharge. Cette distance est appelée « libre parcours moyen ». Plus elle est petite, moins les ions se gênent et moins ils risquent de se perdre en cours de route. De cette façon, nous gagnons en rapidité et en quantité d’énergie stockée.

Ces électrodes peuvent-elles être utilisées avec les procédés de production classiques des batteries lithium-ion ?

A très court terme, elles peuvent l’être avec une architecture dite « primaire d’accrochage » : les nanotubes sont courts - inférieurs à 5 micromètres (µm) - et permettent d’améliorer l’interface entre le matériau actif de l’électrode et le substrat métallique du collecteur de courant. D’où un gain en puissance et en sécurité, et ce pour n’importe quelle chimie.

Pour améliorer la densité de stockage, il faut passer à une architecture 3D en augmentant la longueur des nanotubes - entre 50 µm et 100 µm - pour qu’ils puissent servir de squelette autour duquel sera déposée la matière active. Celle-ci est mise en plus petite quantité et sans additif. Cela nécessite de dépasser les procédés classiques d’enduction pour aller vers de l’électrodéposition ou de la croissance de matériaux par exemple. Ces procédés sont propres à ceux que nous imaginons pour les batteries « tout-solide », voire les générations d’après - avec du souffre par exemple.

Vous utilisez déjà des nanotubes de carbone pour fabriquer des supercondensateurs. Qu’est-ce qui change avec les électrodes de batteries ?

La nature du substrat, la densité des nanotubes de carbone et leur hauteur ne vont pas être les mêmes. En effet, les supercondensateurs ont recours à un substrat en aluminium. Pour les batteries, il peut être en aluminium ou en cuivre. Il nous a donc fallu démontrer - et nous l’avons fait - que nous étions capables de faire croître des tapis de nanotubes sur du cuivre.

Ensuite, sur les supercondensateurs, le contenu en carbone est privilégié car il s’agit de la matière active. Nous voulons des densités de carbone importantes, avec peu d’espace entre les nanotubes. A l’inverse, pour les électrodes de batteries, il faut de l’espace entre les tubes pour pouvoir insérer la matière active. Pour y parvenir, il suffit de modifier les réglages mais le procédé est le même.

Introduire des nanotubes de carbone sur les électrodes ne les rend-il pas plus chères ?

C’est une idée préconçue contre laquelle je ne cesse de me battre. Nous commençons aujourd’hui à fabriquer des nanotubes de carbone pour des prix tout à fait intéressants. D'après nos études technico-économiques - qui doivent encore être validées en pratique - nous parvenons à des coûts d'électrode comparables à ceux des électrodes classiques des batteries lithium-ion, en termes de prix au mètre carré. Donc avec des coûts comparables et la possibilité de stocker plus d'énergie à l'intérieur, le prix de la batterie diminue.

Quel calendrier envisagez-vous ?

Pour la version « primaire d’accrochage », nous imaginons lancer sur le marché les premiers produits d'électrodes sur aluminium et sur cuivre l'an prochain. Il s’agira de préséries pour réaliser quelques batteries particulières, par exemple pour des applications du monde du sport. Puis nous monterons en puissance en fonction de la demande.

Pour les électrodes en 3D, la commercialisation n’est pas envisagée avant 2024/2025. Elle se fera en partenariat avec des fabricants de batteries, Nawatechnologies fournissant le matériau d'électrode.

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