La startup propose de meilleures batteries au lithium

Une société californienne appelée Envia Systems développe une batterie qui promet de stocker deux fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion, le type généralement utilisé dans les voitures électriques.

Le matériau cathodique d'Envia peut être utilisé dans divers facteurs de forme, y compris les cellules cylindriques traditionnelles (photo), ainsi que le type de cellules trouvées dans les véhicules.

Envia a reçu un investissement de General Motors, qui pourrait être l'un des plus gros acheteurs de batteries lithium-ion pour voitures dans les années à venir grâce à une gamme prévue de voitures rechargeables, dont la Chevy Volt. La branche capital-risque du constructeur automobile, GM Ventures, a annoncé le mois dernier un investissement de 7 millions de dollars dans la startup.

Envia affirme que ses batteries pourraient réduire le coût des véhicules rechargeables en réduisant le besoin de métaux coûteux et en réduisant le nombre de cellules nécessaires pour stocker une quantité donnée d'énergie dans la batterie d'un véhicule. Dans les batteries actuelles, un déséquilibre existe entre les deux électrodes : les anodes sont équipées pour accepter bien plus de charge que les cathodes ne peuvent en fournir. Les batteries d'Envia utilisent une cathode riche en manganèse, ce qui lui permet de conserver plus de charge.

Elton Cairns , professeur de génie chimique à l'Université de Californie à Berkeley, affirme qu'une cathode à base de manganèse devrait en effet contribuer à réduire les coûts des batteries. La plupart des autres cellules à oxyde contiennent du cobalt, ce qui coûte cher, dit-il. Il existe cependant déjà quelques batteries qui ne contiennent que peu ou pas de cobalt.

La recette d'Envia implique des cathodes haute capacité riches en manganèse avec une structure composite en couches (faite avec deux composants en couches différents) basée sur une technologie sous licence du Laboratoire national d'Argonne.

Selon le président de GM Ventures, Jon Lauckner, GM, Envia et d'autres sociétés ont concédé sous licence différents brevets d'une famille de propriété intellectuelle liée à la technologie des cathodes composites en couches riches en manganèse.

La version actuelle de la Volt de GM utilise des batteries lithium-ion fabriquées avec des cathodes de spinelle lithium-manganèse (le spinelle fait référence à la disposition tridimensionnelle des atomes dans le matériau). Le matériau de la cathode a des composants actifs, à travers lesquels les ions lithium se déplacent lorsque la batterie est chargée ou déchargée, et des composants inactifs, qui aident à stabiliser le matériau actif et à prolonger la durée de vie de la batterie, une qualité vitale dans les batteries de voitures électriques.

La cathode d'Envia utilise des matériaux relativement peu coûteux. Bien que le coût soit du même ordre de grandeur que ce que les fabricants de cellules utilisent aujourd'hui, dit Lauckner, le matériau pourrait offrir une amélioration d'un tiers de la densité énergétique au niveau de la cellule par rapport à ce qui est sur le marché aujourd'hui. Ce chiffre est basé sur les données d'un prototype qu'Envia a conçu pour une application de véhicule GM spécifique.

Envia a également commencé à travailler sur des anodes à densité énergétique plus élevée, avec un Subvention de 4 millions de dollars de la Advanced Research Projects Agency-Energy du département de l'Énergie des États-Unis. L'année dernière, en partenariat avec Argonne, Envia s'est lancé dans le développement d'anodes nanocomposites silicium-carbone avec l'idée de les intégrer à des cathodes de grande capacité, et de mettre au point des procédés pour augmenter la production à des volumes élevés.

Au cours des trois prochaines années, Envia espère développer une batterie pour les véhicules tout électriques. Nous pousserons la densité énergétique aussi haut que possible en ajustant des variables telles que les revêtements, la porosité et la composition du matériau, a déclaré Michael Sinkula, co-fondateur et directeur du développement commercial d'Envia. Envia a remporté un contrat de 3,65 millions de dollars en décembre avec l'Advanced Battery Consortium des États-Unis (une coalition entre Chrysler, Ford et General Motors) pour entreprendre cette initiative.

En fin de compte, l'objectif d'Envia est de construire une batterie d'une capacité de plus de 400 wattheures par kilogramme, soit le triple des batteries de véhicules actuelles, selon Sinkula. Actuellement, dit-il, les meilleurs résultats de laboratoire d'Envia affichent plus de 300 wattheures par kilogramme. Mais Sinkula pense qu'avec un nouveau matériau d'anode correspondant au potentiel de la cathode de l'entreprise, l'objectif le plus élevé sera atteint.

Si ces 300 sont réels, dit Cairns, ce serait une amélioration significative. Mais il dit que cette performance doit être démontrée et vérifiée par un tiers. Même après une vérification indépendante, un gros point d'interrogation pèsera sur la promesse d'Envia de fournir une meilleure batterie jusqu'à ce qu'elle commence à produire des cellules en plus gros volumes. Cairns dit que jusqu'à ce que vous ayez un certain niveau de production industrielle - plusieurs milliers de cellules par an - vous n'avez pas vraiment la possibilité de tester dans la gamme de conditions, telles que des températures élevées et basses et une charge rapide, qu'un produit commercial devra résister.

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