Batterie silicium testée en labo : 83 % de capacité après 1 000 cycles

Charge, décharge, répétition : après 1 000 cycles, les cellules pouch riches en silicium de Fraunhofer ISE conservaient encore plus de 83 % de leur capacité d'origine. L'institut rapporte ce résultat obtenu sur des cellules de 25 Ah fabriquées dans sa salle blanche de Fribourg-en-Brisgau, en Allemagne, sur une ligne de production semi-automatique utilisant des feuilles d'électrode disponibles dans le commerce.

Ces cellules associent une anode silicium-carbone et graphite à une cathode NMC (nickel-manganèse-cobalt) riche en nickel. Le composite silicium-carbone représente 51 % de la matière active de l'anode. Les anodes ont atteint plus de 1 000 mAh/g, une mesure de la quantité de charge que le matériau peut stocker par gramme. La durée de vie en cycles est l'obstacle qui a empêché le silicium d'entrer en production de masse. Lukas Dold, responsable d'équipe pour la technologie des matériaux de batterie et leur industrialisation chez Fraunhofer ISE, estime que plus de 1 000 cycles avec une rétention d'au moins 80 % sont considérés comme un objectif de performance important.

Les cellules ont atteint 280 Wh/kg au niveau de la cellule, un chiffre mesuré dans le format de recherche non optimisé PrecISE de l'institut. Dold indique qu'un format pouch optimisé industriellement devrait atteindre environ 330 Wh/kg. Il s'agit d'une attente, non d'une mesure, et l'institut ne donne aucune date pour cela.

La pression s'est révélée déterminante. Les cellules ont été cyclées à deux pressions de contact axiales, 300 kPa et 1 000 kPa, et le chiffre de 83 % ne s'applique qu'aux cellules à 1 000 kPa. À 300 kPa, Marc Kissling, responsable de groupe pour la production de cellules de batterie et l'évaluation technologique, indique que la capacité utilisable a diminué nettement plus vite, en particulier lors du fonctionnement en 1C, c'est-à-dire la charge ou la décharge de la capacité complète en une heure. Fraunhofer ISE n'a pas publié de chiffre de rétention pour ces cellules. Il a aussi constaté qu'avec le vieillissement, la capacité mesurée à faible régime de décharge s'écartait de la capacité disponible lors des cycles 1C habituels, raison pour laquelle l'institut estime que les conditions réelles d'utilisation doivent être prises en compte en plus de la rétention.

Pour les constructeurs automobiles, les opérateurs de réseau et les entreprises aérospatiales, la promesse est celle d'une batterie qui stocke davantage d'énergie pour une même masse. Les partenaires citent le stockage stationnaire de surplus d'énergie solaire et éolienne comme cible, aux côtés de la mobilité électrique et de l'aérospatiale. Le projet StrOboBatt, dirigé par PCC Thorion avec Fraunhofer ISE, Glatt Ingenieurtechnik, LG Chem Europe, E-Lyte Innovations et UniverCell Holding, doit durer trois ans et a reçu 2,6 millions d'euros de financement fédéral. Fraunhofer ISE affirme aussi que les composites silicium-carbone pourraient réduire la dépendance mondiale au graphite et déplacer une partie de la chaîne de valeur des matières premières vers l'Union européenne. Ces bénéfices dépendent de l'arrivée du format industriel à 330 Wh/kg et de la tenue des cellules hors d'une salle blanche, ce que l'institut n'a pas encore démontré.