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Les batteries de 24M pourraient mieux exploiter l'énergie éolienne et solaire
Les batteries lithium-ion alimentent tout, des smartphones aux véhicules électriques. Ils sont bien adaptés au travail car ils sont plus petits et plus légers, se chargent plus rapidement et durent plus longtemps que les autres batteries. Mais ils sont également complexes et donc coûteux à fabriquer, ce qui a entravé l'adoption massive du transport électrique et du stockage d'énergie à grande échelle.
Pourtant, Ming Chiang pense que sa startup 24M a la réponse. La clé est une électrode semi-solide. Dans une batterie lithium-ion conventionnelle, de nombreuses couches minces d'électrodes sont empilées ou enroulées ensemble pour produire une cellule. Les batteries lithium-ion sont le seul produit que je connaisse en plus du baklava où vous empilez autant de couches minces pour augmenter le volume, explique Chiang, cofondateur et scientifique en chef de 24M ainsi que professeur de science des matériaux au MIT. Notre objectif est de fabriquer une batterie lithium-ion par le processus le plus simple possible.
Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2016
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L'innovation de Chiang, qui a été développée dans son laboratoire du MIT, est une électrode formée en mélangeant des poudres avec un électrolyte liquide pour faire une bouillie gluante. La conception permet à 24M d'augmenter la quantité de matériau de stockage d'énergie dans une batterie et de lui donner une capacité de 15 à 25 % supérieure à celle des batteries lithium-ion conventionnelles de même taille.
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Le nouveau design est également plus rapide et moins cher à fabriquer. Les grandes usines typiques de fabrication de batteries lithium-ion coûtent environ 100 millions de dollars à construire, en partie parce que des machines spécialisées sont nécessaires pour enduire, sécher, couper et compresser le film d'électrode. Étant donné que son électrode semi-solide ne nécessite pas ces étapes, dit 24M, ses batteries pourraient être produites en un cinquième du temps et dans des usines beaucoup plus petites.
Si sa technologie réussit, 24M pourrait être parmi les premières entreprises à réduire le coût des cellules de batterie lithium-ion à moins de 100 $ par kilowattheure, de 200 $ à 250 $ aujourd'hui. C'est à ce moment-là que les voitures électriques pourraient rivaliser sur le plan des coûts avec les véhicules à combustion interne.
Pour atteindre cet objectif d'ici 2020, 24M doit passer de sa ligne de fabrication pilote existante à Cambridge, Massachusetts, à la fabrication à grand volume. L'entreprise prévoit de construire une usine en 2017, probablement en partenariat avec une grande entreprise industrielle, et de lancer son premier produit début 2018. Elle espère que les services publics achèteront ses batteries pour stocker l'électricité des parcs éoliens et solaires et fournir de l'électricité pendant les pics de demande. les heures.
Un technicien analyse la poudre qui ira dans le slurry qui deviendra la cathode de la batterie. Le processus consiste à mélanger des matériaux en poudre (phosphate de fer lithium, graphite) avec un électrolyte liquide exclusif.
L'électrode semi-solide a une consistance pâteuse et peut être déformée sans tomber en panne ou prendre feu. La société affirme que cette tolérance élevée aux abus fait de sa conception la batterie lithium-ion la plus sûre jamais conçue.
L'électrode semi-solide a une consistance pâteuse et peut être déformée sans tomber en panne ou prendre feu. La société affirme que cette tolérance élevée aux abus fait de sa conception la batterie lithium-ion la plus sûre jamais conçue.
Cette machine, développée en 2014 dans le cadre de la ligne de fabrication pilote de 24M, fabrique séparément l'anode et la cathode de la batterie, puis les combine en une seule cellule. Le processus prend moins de deux minutes.
La machine distribue d'abord des morceaux de papier d'aluminium. Ensuite, il applique du lisier. Ensuite, la machine ajoute le séparateur de la batterie - un plastique poreux qui empêche les courts-circuits électriques - et rejoint l'anode avec son compagnon de cathode. Cela crée une cellule unitaire, qui contient tout ce dont la batterie a besoin pour fonctionner mais qui n'a pas son emballage final.
La machine distribue d'abord des morceaux de papier d'aluminium. Ensuite, il applique du lisier. Ensuite, la machine ajoute le séparateur de la batterie - un plastique poreux qui empêche les courts-circuits électriques - et rejoint l'anode avec son compagnon de cathode. Cela crée une cellule unitaire, qui contient tout ce dont la batterie a besoin pour fonctionner mais qui n'a pas son emballage final.
Les cellules unitaires sont empilées pour augmenter la capacité de la batterie. Les techniciens soudent ensuite les languettes des cellules ensemble pour créer une cellule empilée et la sceller sous vide à l'intérieur d'une poche en aluminium. Le soudage et l'emballage sont deux des rares processus que 24M n'a pas automatisés sur sa ligne pilote.
Les cellules unitaires sont empilées pour augmenter la capacité de la batterie. Les techniciens soudent ensuite les languettes des cellules ensemble pour créer une cellule empilée et la sceller sous vide à l'intérieur d'une poche en aluminium. Le soudage et l'emballage sont deux des rares processus que 24M n'a pas automatisés sur sa ligne pilote.
Les batteries attendent avant et après le test. Selon 24M, il ne faut que quelques heures pour passer des matières premières aux batteries prêtes à être testées. Dans une usine lithium-ion conventionnelle, ce processus prendrait environ une semaine.
La société discute également avec les constructeurs de véhicules électriques, mais elle considère les véhicules électriques comme une priorité secondaire. Il est compréhensible que Chiang fasse preuve de prudence sur ce marché. A123 Systems, une entreprise de batteries qu'il a cofondée, a déposé une demande de mise en faillite en 2012 après avoir dépensé trop d'argent pour construire de grandes usines de batteries pour approvisionner les constructeurs automobiles. En revanche, dit Chiang, les technologies de fabrication de 24M sont conçues pour être modulaires et mises à l'échelle plus efficacement si nécessaire.