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Zoom sur la techno de batteries lithium-soufre de NexTech, qui vise des prototypes pour l’auto d’ici à la fin 2021

Aline Nippert
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Zoom sur la techno de batteries lithium-soufre de NexTech, qui vise des prototypes pour l’auto d’ici à la fin 2021

Fabio Albano, le directeur de la technologie de NexTech (à gauche) et Bill Burger, le PDG (à droite) affirment avoir accéléré la mise à l'échelle des procédures de fabrication sur les six derniers mois.

© NexTech Batteries

Successeur potentiel du lithium-ion, la technologie de batteries lithium-soufre progresse. La startup américaine NexTech compte produire des prototypes pour voiture électrique cette année. Bill Burger, son PDG, et Fabio Albano, son directeur technique, expliquent à Industrie & Technologies les spécificités de leur technologie.

Les batteries au lithium-soufre alimenteront-elles les véhicules électriques de demain ? C’est l’objectif de la startup américaine NexTech, fondée en 2016 après une quinzaine d’années de développement au sein de l’université de Californie, à Berkeley. « Nous avons pour but de produire des prototypes de nos modules pour le secteur automobile d’ici la fin de l’année, se réjouit Fabio Albano, directeur de la technologie de NexTech. Nous pensons que nos premières batteries seront sur les routes vers 2025-2027. »

La technologie lithium-soufre est une prétendante sérieuse à la succession au lithium-ion, en particulier dans l’embarqué. Avec sa cathode au soufre et son anode en lithium métallique, elle est capable en théorie de stocker 5 à 7 fois plus d’énergie qu’une batterie lithium-ion de même masse. Soit plus de 1000 watt-heures par kilo. De nombreuses difficultés demeurent cependant avant de ne serait-ce qu’approcher cette valeur. Et qu'il reste à atteindre une durée de vie suffisante pour les applications commerciales.

Des cathodes soufre-graphène

Pour l’heure, les différents prototypes produits par NexTech, par le biais de leur ligne pilote, ont atteint une énergie spécifique d’environ 400 Wh/kg. « À ce stade, notre technologie est donc trois fois plus performante que le lithium-ion », souligne Bill Burger, PDG de NexTech.

Le premier obstacle qu’a dû surmonter la start-up réside dans le caractère non conducteur électrique du soufre. « Le soufre freine le passage des électrons, ce qui est un problème pour une batterie… » soulève M. Albano. Pour pallier ce problème, NexTech a breveté un nouveau type de cathode : « Nous avons inventé un nouveau composite, qui combine le graphène – très conducteur – avec le soufre », s’enthousiasme le spécialiste, qui précise former une « alliance stratégique » avec l’entreprise spécialisée dans le graphène Directa Plus pour fabriquer les cathodes. Grâce à cette innovation, la jeune pousse affirme parvenir à charger leurs prototypes en seulement 15 minutes.

Un électrolyte qui réduit la formation de dendrites et la dissolution des polysulfures

NexTech a aussi travaillé sur deux autres écueils majeurs du lithium-soufre : la formation d’excroissances de lithium appelées dendrites sur l’anode de lithium métal – risque de court-circuit à la clé – et la dissolution dans l’électrolyte de certains polysulfures créés lors de la réaction électrochimique – ce qui a pour conséquence la perte de soufre actif dans la cathode, donc de capacité de stockage.

La start-up affirme ainsi avoir breveté des procédés qui permettent de réduire ces deux phénomènes qui diminuent la durée de vie des batteries. « La formulation de l’électrolyte est l’un des domaines de recherche les plus actifs de NexTech, précise Fabio Albano. Grâce à notre électrolyte, nous ne voyons plus de dendrites apparaître et nous obtenons de bons résultats sur la question des polysulfures. »

Les deux directeurs de NexTech sont confiants sur leur capacité à atteindre les objectifs du secteur automobile. « Je ne crois pas que ce sera un problème, en grande partie parce que la densité énergétique de notre batterie, supérieure à celle du lithium-ion, va permettre d’augmenter le kilométrage du véhicule, déclare M. Albano. En somme, je pense que la durée de vie de notre batterie sera équivalente à la durée de vie d’une voiture ou d’un camion. »

Objectif : 500 Wh/kg d’ici fin 2021

Pour s'aventurer sur le marché automobile, la prochaine étape pour NexTech est d’améliorer la densité énergétique de leur module. « Nous avons pour but d’atteindre 500 Wh/kg d’ici la fin de l’année », estime M. Albano. « Pour ce faire, nous avons des projets de R&D sur l’interaction entre le soufre et le graphène, afin de rendre la cathode encore plus performante », poursuit Bill Burger.

Réduire le poids des cellules est le second levier sur lequel NexTech veut jouer pour atteindre les performances requises dans le secteur automobile. « La feuille d’aluminium et l’électrolyte sont des "poids morts", c’est-à-dire qu’ils ne génèrent pas d’énergie, décrit le directeur de la technologie. Nous cherchons donc à minimiser le poids de ces composants », déclare-t-il en précisant travailler, en partie, avec l’entreprise française Armor sur ce sujet.

En plus des transports, NexTech est en relation avec le département de la Défense des Etats-Unis. « Les organisations militaires de plusieurs pays sont intéressés pour travailler avec nous, pour des applications spatiales ou aéronautiques par exemple », souligne Bill Burger.

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