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Les batteries structurelles, véritable révolution pour les VE

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Et si une véritable révolution voyait le jour dans le domaine des véhicules électriques et tout particulièrement au niveau des batteries qui les alimentent ? Se préfigure en effet à l’avenir la possibilité de stocker l’électricité dans la structure même des voitures, notamment la carrosserie. Et ce, grâce aux matériaux multifonctionnels. Une véritable prouesse technologique qui permettra de diminuer le poids des véhicules et donc d’augmenter leur autonomie. Mais qui pourrait encore une fois bouleverser le secteur automobile.

L’énergie des VE stockée dans la structure des véhicules

Dans un futur proche, l’énergie des voitures électriques pourrait ne plus être stockée dans des batteries, comme celles déployées actuellement, mais dans la structure même des véhicules, comme le plancher ou la carrosserie.

Nouvelle technologie des batteries structurelles

Cette véritable révolution pourrait voir le jour via l’arrivée d’une nouvelle technologie, celle des batteries structurelles. Lesquelles ont la particularité d’être conçues à partir de matériaux dits multifonctionnels, capables à la fois de stocker de l’électricité tout en possédant une intégrité mécanique.

Si ce nouveau type de batteries s fonctionne selon le même principe que les batteries électrochimiques au lithium, les matériaux utilisés sont différents. Des polymères renforcés par des fibres de carbone qui servent à la fois d’électrode et de renforcement structurel mécaniquement porteur pourront notamment être utilisés.

Les fibres de carbone sont noyées dans un matériau formant une matrice à l’image d’un composite. Plusieurs couches sont ainsi formées et empilées les unes sur les autres. « Cette configuration permet le transfert de charge entre les fibres ainsi que le transport des ions lithium, explique Gaël Guégan, ingénieur veille stratégique au Cetim, et auteur d’une note sur ce sujet. Ce qui n’est pas le cas des batteries standard qui sont constituées de matrices, par exemple en vinylester ou époxy sur des composites thermodurcissables. »

Gagner en poids : un atout de taille !

Ces nouveaux matériaux permettraient notamment d’alléger le véhicule. Ce qui permettrait au final de nécessiter d’accroître leur autonomie.

Il s’agit donc là d’une avancée majeure alors que la batterie au lithium-ion utilisée actuellement peut représenter jusqu’au tiers de la masse totale du véhicule électrique. Cette source d’énergie est si imposante que si elle était installée pour alimenter les propulseurs d’un avion, son poids l’empêcherait de décoller.

Retirer la moitié du poids du véhicule permet de doubler son autonomie, selon les experts. Qui estiment que choisir un matériau qui stocke l’énergie nécessaire à la propulsion et qui sert également à supporter la charge mécanique de la voiture sera considéré comme un réel avantage. »

Un changement majeur qui pourrait s’appliquer sur tous les types de transport, allant des vélos électriques jusqu’aux avions de petite taille.

Un important gain de place

Une batterie lithium-ion traditionnelle empile plusieurs éléments, dont le séparateur, l’électrolyte, la cathode et l’anode, dans une boîte hermétique, avec pour objectif de restreindre l’encombrement.

Dans le cas de la batterie structurelle, le gain de place s’obtient par le biais des couches très fines de matériaux composites, qui s’intégreront dans la carrosserie automobile. Les chercheurs ont fait appel à une feuille d’aluminium, capable de jouer le rôle de cathode et d’anode.

Une feuille très fine de verre tissé sépare les électrodes, et le tout est placé en suspension dans un électrolyte en polymère. L’épaisseur de l’ensemble se chiffre à quelques « millionièmes de mètre » selon ses inventeurs, une particularité qui facilite son intégration dans n’importe quel type de structure.

D’importants obstacles demeurent à surmonter

Avant d’atteindre la production de masse, d’importants obstacles devront néanmoins être surmontés.

Parmi les principaux défis à surmonter : la conception même de ces matériaux multifonctionnels et d’industrialisation. Mais l’enjeu en vaut la chandelle, les perspectives étant très encourageantes.

Kitty Hawk, société US, a mis au point un petit avion électrique dénommé Cora, au gabarit proche de celui d’un taxi volant, et équipé de batteries structurelles dont l’énergie spécifique atteint 220 wattheures par kilogramme. Or, selon les spécialistes, pour développer le marché des voitures volantes, il est couramment admis qu’il faudrait atteindre 400 wattheures par kilogramme », il ne reste donc plus qu’un facteur de deux pour atteindre cet objectif.

Reste à savoir cependant si cette technologie aura la capacité de mouvoir un SUV ou une grosse berline 100 % électrique ? Les scientifiques ont bon espoir, même si aujourd’hui la densité de cette batterie structurelle s’élève à 24 Wh/kg, soit environ un cinquième de celle des modèles « standards » actuels.

Ses créateurs ambitionnent toutefois d’atteindre rapidement les 75 Wh/kg de densité, en optimisant l’élasticité de la structure. Ils comptent y parvenir en remplaçant les électrodes en feuilles d’aluminium par des variantes en fibre de carbone, un matériau plus souple, plus conducteur et très facile à façonner.

Les performances obtenues avec cette nouvelle batterie structurelle se révèlent tout de même 10 fois supérieures à celles d’autres projets concurrents menés par le passé.

Plusieurs projets en Europe

Plusieurs projets de développement de cette technologie sont d’ores et déjà menés en Europe, notamment celui baptisé SORCERER (Structural pOweR CompositEs foR futurE civil aiRcraft) réunissant quatre universités européennes : l’Imperial College London au Royaume-Uni, l’IMDEA (Instituto Madrileño de Estudios Avanzados) en Espagne ainsi que le KTH (Kungliga Tekniska högskolan) et l’Université technologique de Chalmers en Suède.

En plus d’améliorer les performances électriques et mécaniques de ces matériaux multifonctionnels, son objectif est de résoudre les problèmes liés à leur intégration et à leur mise à l’échelle.

Une robustesse non négligeable

Autre qualité et non des moindres des batteries structurelles : leur robustesse, qui semble pourtant contraster de premier abord avec sa finesse et son extrême flexibilité.

La batterie fusionnée à la carrosserie de l’Université de Chalmers aurait obtenu d’excellents résultats aux tests de résistance aux forces de tension et de torsion. Ces cellules s’avèrent en outre plus sûres que les accumulateurs traditionnels, en raison de l’absence de substances inflammables dans l’électrolyte.

Tesla très avancé dans le domaine

Tesla semble particulièrement avancé dans ce domaine. Le constructeur a annoncé que son Model Y, qui sera produit dans sa gigafactory à Berlin, sera équipé de batteries structurelles, tout comme son modèle S Plaid.

Tesla semble donc disposer non seulement une longueur d’avance sur les aspects électriques, mais aussi en l’occurrence sur les systèmes de stockage.

Ces batteries structurelles devraient être intégrées dans le plancher des véhicules, à l’aide d’une presse hydraulique de 8 000 tonnes qui sera capable de fabriquer à terme ces planchers en une seule pièce.

Le constructeurs a annoncé que cette nouvelle technologie lui permettrait de multiplier par 5 l’énergie stockée, par 6 la puissance, et d’augmenter de 16 % l’autonomie du véhicule.

Notre avis, par leblogauto.com

A l’heure où d’énormes investissements sont réalisés pour bâtir des usines de batteries dites « conventionnelles » , la révolution pourrait être de taille … et bouleverser encore une fois le secteur automobile, pouvant massivement impacter les efforts financiers des constructeurs et donc leur rentabilité …
Il est vrai que cette nouvelle configuration rompt avec une longue tradition de l’industrie, qui veut que la source d’électricité soit une composante séparée, installée sous le capot d’une voiture ou dans un compartiment dédié.

A noter encore une fois, le très bon positionnement de Tesla dans le domaine, qui pourrait lui conférer une nouvelle suprématie non négligeable.

Sources : Electreck, Cetim

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65 Commentaires sur "Les batteries structurelles, véritable révolution pour les VE"

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SGL
Invité

C’est encore une bonne nouvelle, de toute façon, la VE en général dispose d’un potentiel d’évolution bien plus important que la VT.
Mais beaucoup de progrès sont nécessaires, comme aussi les infrastructures pour qu’elle puisse s’imposer, nous sommes sur la bonne voie, mais il reste encore beaucoup de chemin à faire.

Lulu
Invité

Quand le baril sera à 300 usd, t’inquiète ça s’imposera…

SGL
Invité

Oh ! Rien que déjà 100 $, la dernière fois que le baril était à 100 $ les VE était encore embryonnaires… Les Américains font maintenant déjà la gueule à 80 $ alors 100 ou 150 $ , rien que déjà cela, Teslas produisent maintenant beaucoup et 500.000 voitures en plus en 2022 que 2021 + les coréens + enfin les BAM en nombre et tout le reste du groupe VW… Bien avant d’atteindre les 300 $.

Frédéric LANGLOIS
Invité

Ça fait 100 ans que le moteur thermique est imparfait malgré les progrès des ingés, donc on peut laisser au moteur électrique 20 ans pour se parfaire … non ?
Par contre, je me demande ce que devient cette structure en cas d’accident ?

Achille Talon
Invité
Cet article m’apporte 2 réflexions : – Une carrosserie doit permettre de se déformer en cas de choc, pour dissiper une partie de l’énergie. Avec une carrosserie / batterie plus rigide, sera-t-il possible de conserver cette flexibilité d’usage, ç-à-d à la fois structurant et déformable ? – Ça me donne une fois de plus l’impression que cette ruée vers le tout électrique est prématurée, alors que de nombreuses découvertes et applications n’ont pas encore été testées ou prototypées. Ainsi, j’ai lu récemment un article sur un véhicule électrique qui utilise batteries + condensateurs, améliorant la vitesse de charge, par exemple.… Lire la suite >>
SGL
Invité

Je ne pense pas qu’elles sont disposées dans les zones de déformations.

SGL
Invité

Expliquez-nous… Que les batteries sont dans les zones de déformations … Qu’on rigole un peu 😉

SGL
Invité

Certain que la VT légère à 2 l/100, reste à créer. Comme l’hybride de la VE avec une motorisation thermique qui fasse office de groupe électrogène… Mais très efficient comme un bicylindre diester pour les longs trajets sans avoir à ravitailler avant 800 km.

jcmoriaud
Invité

Dommage que la BMW i3 avec prolongateur ne soit plus produite.

SGL
Invité

Le GMP du Rex de la BMW i3 était qu’une béquille qui consommait 7,5 l/100 avec un réservoir de 9 litres de mémoire… Pas adapté pour les longs trajets comme éventuellement 30 ou 40 litres de diester.
Une Zoe moderne fait mieux avec sa batterie pour nettement moins cher.

Thibaut Emme
Admin

Non, la i3 était donnée en mixte par l’EPA à 6l/100 km (39 mpg).
Déjà beaucoup même si conso EPA > WLTP.
Surtout le REx de la i3 n’a jamais été fait pour rouler sur des longs trajets, mais pour être là au cas où la voiture serait vide de batterie.
D’où un réservoir de 9 litres par exemple.

SGL
Invité

On est d’accord…

SGL
Invité

Sauf AP parle d’une consommation moyenne de 7,5 litres d’essence… Ce qui est très moyen… Pas beaucoup d’intérêt aujourd’hui d’offrir aussi peu de performance.

wizz
Membre
La BMW i3 Rex tout comme l’antique Kangoo Electroroad 10 ans plus tôt n’avaient qu’un réservoir de 10 litres. Quelle coincidence n’est ce pas! C’est le même principe que nous « accordons » aux supercars. Ça roule très peu, donc pollue peu dans l’année (même si ça pollue beaucoup au km). Donc faudrait pas les taxer excessivement. En revanche, la berline diesel qui peut faire 25.000km par an, faire 50.000km/an, ça émettra énormement avec tous ces km…. Donc avec un réservoir très restreint, il sera peu utilisé. La voiture sera principalement électrique, très majoritairement électrique. Donc on peut dispenser ces voitures range-extender… Lire la suite >>
Emmanuel
Invité

@Wizz
réservoir de 10L, peut être parce qu’il y a quelques années, un véhicule d’entreprise avec 4 ou 5 places était détaxé s »il roulait à autre chose que diesel (gnv, gpl, électrique …) et que le réservoir d’essence contenait 10L au maximum.
et comme le kangoo électroroad c’est 2002/2004 (les derniers exemplaires ont été bradés à 15000€ en janvier 2005, j’avais essayé d’en acheter un, mais je suis arrivé trop tard, je me sus retrouvé 3° ou 4° en liste d’attente), il est possible que la taille du réservoir soit liée à cette règle fiscale.

wizz
Membre

la i3 a été fabriquée surtout pour le marché US, où la Californie avait imposé un quotas de véhicules zéro émission

amiral_sub
Invité

ça n’a pas de rapport avec l’article. Mais oui la 2CV moderne reste à créer

SGL
Invité

C’est pour répondre en partie à @Achille Talon… Et d’avoir une alternative au tout VE… Illusoire avant 15 ans au moins.
Je ne crois pas à un parc constitué uniquement que de VE.

amiral_sub
Invité

SGL : pourtant c’est forcément ce qui va se passer

SGL
Invité

Oui, mais il ne faut pas brûler les étapes… autour de moi, famille et professionnel, il n’est plus rare d’entendre que des gens s’apprêtent à passer à la VE, exemple : dans la région de Cognac, les électriciens sont presque débordés pour installer des prises renforcées chez les particuliers pour l’arrivée future d’une VE, bref, c’est une région où il y a de l’argent aussi…
Mais la plupart des gens qui me connaissent savent pertinemment que selon mon profil d’utilisation, je n’ai pas encore d’intérêt à passer à la VE contrairement à une grosse majorité.

Vame
Invité

C’est la spring mais c’est moche contrairement à la 2CV

C Ghosn
Invité

La spring, ce cercueil roulant

http://m.lessentiel.lu/fr/lifestyle/auto/story/crash-test-quelles-voitures-ont-ete-les-plus-mal-notees-10681380

Apres les vœux et le covid, in va supprimer les pauvres et leurs ve. 😂😂

SGL
Invité

Et combien de fois plus sûre que leurs vieilles VT surannées !?

wizz
Membre

https://www.automobile-propre.com/pourquoi-la-renault-zoe-et-la-dacia-spring-se-sont-crashees-a-euro-ncap/

https://cdn.euroncap.com/media/67324/dacia_spring_2021_mpdb1.jpg?mode=crop&width=359&height=235
la cellule d’habitacle est légèrement déformée, mais c’est encore très très correcte, pour une voiture dite « norme indienne » très alourdie par la batterie

wizz
Membre

https://www.euroncap.com/fr/results/renault/zoe/44206

https://cdn.euroncap.com/media/67385/renault_zoe_2021_fw1.jpg?mode=crop&width=359&height=235

et pour la zoe, le parebrise n’est même pas fêlé…

à coup d’aide électroniques, bientôt, pour avoir 5 étoiles, il faudrait aussi une conduite 100% autonome

SGL
Invité

Si c’est comme la 4L de l’époque… C’était presque inscrit dans le cahier des charges d’être moche ! 😉

SGL
Invité

La preuve :
https://www.lalsace.fr/magazine-automobile/2020/01/26/renault-4l-la-championne-des-sixties
« Le patron définit les grandes lignes du projet : “Elle sera populaire, fonctionnelle, plus esthétique qu’une 2CV mais moins élégante qu’une Dauphine !” »

Thibaut Emme
Admin
@Achille Talon : les voitures modernes ont une structure centrale (la cellule) très rigide pour résister aux déformations. Elle est entourée de « crash box » à l’avant et de plus en plus à l’arrière. Sur les côtés, on est sur des renforts car on manque de place pour une déformation programmée. Les crashbox permettent d’absorber l’énergie des chocs, et d’orienter les déformations (pour éviter un recul du moteur dans l’habitacle par exemple). Avec une batterie structurelle, on améliore la rigidité de la partie centrale tout en laissant le soin aux crash box de jouer leur rôle de dissipateur d’énergie. « cette ruée… Lire la suite >>
Polaris
Invité
L’hybridation de batteries au moyen de condensateurs (ou de supercapas) existe déjà depuis un petit bout de temps. Il s’agit d’utiliser au mieux les 2 quadrants du diagramme de Ragone (puissance/énergie), partant du principe qu’aucune techno de stockage ne parvient actuellement à concilier les deux de manière satisfaisante. L’idée est d’utiliser une petite capacité de stockage typée ‘puissance’ (les capas), relativement peu énergétique mais qui supporte très bien les charges/décharges à haute puissance et les cycles répétitifs, pour optimiser le dimensionnement de l’organe de stockage principal qui est, lui, typé ‘énergie’ (la batterie, qui a une densité énergétique nettement plus… Lire la suite >>
wizz
Membre

https://www.moteurnature.com/31173-455-kmh-sur-la-voxan-wattman-electrique

comme ce genre de batterie
5kWh, alimentant un moteur délivrant 320kW, soit fonctionner à 64C

(et encore, il faudrait tenir compte du rendement du hacheur et du moteur thermique pour connaitre la puissance brute délivrée par la batterie, probablement autour de 80C donc!)

Thibaut Emme
Admin

Dans la philosophie, cela me rappelle les véhicules avec le carburant dans le cadre (Velocar Mochet, certaines motos Kustom, etc.).

Nithael70
Invité

Buell

Thibaut Emme
Admin

Oui c’est vrai qu’Erik Buell aime ce concept (perso je n’aime pas ses motos lol trop de propension à basculer sur l’avant pour un rien).

seb
Invité

Secma le fait aussi. La poutre centrale du châssis sert de réservoir.

Rickyspanish
Invité

Enième news sur une technologie du futur qui doit tout révolutionner… Un peu effet d’annonce pour attirer des investissements non ? …
Est-ce que ça aboutira à quelque chose ? Wait and See…
La technologie des batteries « semble » évoluer tellement vite… les VE vont-ils vite devenir au fur et à mesure obsolètes ?…
De toute façon, la majorité les achètent en location et donc en s’en débarrassent au bout de 3 ans pour une nouvelle… un rythme de consommation qui devient celui des téléphones portables.
Mais le VE va sauver la planète… ou pas…

Thibaut Emme
Admin

En fait, il y a énormément de nouvelles sur les batteries qui passent à l’as.
Sur les chimies, la physique des électrodes, etc.
Une lithium-ion d’il y a 5 ans à peine n’a plus rien à voir avec une li-ion de maintenant.
Rien qu’en coût de production, en densité énergétique, etc.

Ici, on est un peu comme sur les métal-air, on est dans les labos. Mais entre le labo de la li-ion et sa sortie en grande série il y a eu des années, et encore plus pour son avènement mondial 🙂 patience 🙂

Polaris
Invité
Bof. Vu de ma boutique, les perfos des batteries Li-ion, notamment la densité énergétique, progressent assez lentement. Il y a 3 ans on était à environ 130Wh/kg (package complet, avec BMS, cooling et sarcophage), et maintenant on est autour de 150Wh/kg, guère plus. Je parle de batterie industrielles, qualifiées, pas d’articles dans des papiers de conférences ou d’annonces de startups. C’est certes mieux, mais ce n’est pas non plus une progression fracassante. Les prix baissent par contre de manière très importante, mais c’est plus dû au développement de techniques d’industrialisation et de l’échelle de fabrication, qu’à des avancées fondamentales dans… Lire la suite >>
Thibaut Emme
Admin

@Polaris : Gagner 15% de densité en 3 ans c’est « guère plus » ? Il ne faut pas s’attendre non plus à des x2 (+100%) en 5 ans hein 😉 c’est pas le bitcoin non plus 🙂

wizz
Membre

seulement x2 (+100%) en 5 ans?
petit joueur de division régionale…

faut jouer dans le cours des grands….
https://d5-invdn-com.investing.com/content/pica04fb246a77d2a9941103bfb49b9d209.png

amiral_sub
Invité

je vous rassure les vieilles voitures électriques ne partent pas à la casse, elles sont revendues d’occasion

AXSPORT
Invité

Si c’est comme les Berlingo LA POSTE…..

Polaris
Invité
Attention, la batterie structurelle, c’est potentiellement une fausse bonne idée: – quid de la compatibilité avec les exigences anticrash (il faut ménager de généreuses zones de déformation des éléments mécaniques de structure pour absorber l’énergie d’un choc, or une batterie Li-ion ça doit absolument rester intègre, là où un réservoir de carburant ça peut se déformer à condition de rester étanche). – Il ne faudrait pas non plus qu’un choc relativement bénin avec une déformation rattrapable d’un élément structurel ne se traduise par un endommagement et donc une réparation hors de prix ou une mise au rebut de la batterie,… Lire la suite >>
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