Transition énergétique - Des batteries durables et bon marché pour les véhicules électriques de demain
Les chercheurs du Fraunhofer IWS récompensés par le prix Joseph von Fraunhofer 2025
La mobilité électrique progresse à grands pas en Allemagne et dans toute l'Europe. Pour poursuivre sur cette lancée, il faudra développer considérablement les capacités de production de cellules de batteries dans ce pays. Les méthodes de production devront également consommer peu d'énergie et être beaucoup moins coûteuses. Une équipe de chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux (IWS) de Dresde a mis au point DRYtraec, une méthode révolutionnaire qui permet de fabriquer des électrodes de batterie de manière rentable et respectueuse de l'environnement. Pour cette technologie pionnière, les chercheurs ont reçu le prix Joseph von Fraunhofer pour 2025 lors de l'assemblée annuelle de Fraunhofer.
Avec la nouvelle technologie de transfert à sec DRYtraec, les électrodes des cellules de stockage d'énergie sont recouvertes d'un film sec au lieu de produits chimiques liquides.
© Piotr Banczerowski
À l'heure où les véhicules électrifiés et le stockage stationnaire de l'énergie jouent un rôle clé dans l'avenir climatiquement neutre du secteur de l'énergie, la production durable de batteries lithium-ion est essentielle. Une équipe de chercheurs dirigée par Benjamin Schumm, Holger Althues et Stefan Kaskel a mis au point DRYtraec (dry transfer electrode coating), une nouvelle méthode de production de cellules de batteries qui n'utilise aucun des solvants toxiques habituels et élimine le séchage des couches d'électrodes, coûteux en énergie et en argent.
Le défi de la production de batteries et la solution innovante DRYtraec
Élément clé de toute batterie, les électrodes sont normalement constituées d'une feuille de métal recouverte d'une fine couche. Ce revêtement contient les composants actifs responsables du stockage de l'énergie. "Le processus de revêtement conventionnel utilise une méthode chimique humide qui applique ce que l'on appelle une boue", explique M. Schumm, chef du département de technologie des particules au Fraunhofer IWS. "La technologie DRYtraec permet de produire une couche d'électrode directement à partir d'un mélange sec composé de matière active, de noir de carbone conducteur et de liants. Contrairement à la méthode conventionnelle des boues, aucun solvant n'est utilisé. Une calandre spéciale génère des forces de cisaillement dans un espace entre les rouleaux appelé "nip", ce qui permet d'ancrer mécaniquement les particules de matière active et de noir de carbone conducteur en provoquant la formation de fibrilles dans le liant, un processus connu sous le nom de "fibrillation". Soutenu par les rouleaux de la calandre, le résultat est une couche d'électrode complètement sèche, ce qui élimine l'étape de séchage qui consomme beaucoup d'énergie et d'espace. L'enduction double face est également possible en une seule étape grâce au transfert direct des deux faces sur la feuille du collecteur de courant. Les électrodes DRYtraec produites sans solvants présentent des performances et une stabilité exceptionnelles, sans aucun inconvénient par rapport aux électrodes à base de boue.
DRYtraec - une technologie brevetée avec un vaste potentiel pour l'avenir
La méthode et l'approche scientifiques uniques que représente le procédé de transfert de film sec sur rouleau minimisent les risques de production tout en facilitant l'augmentation des largeurs de revêtement et des vitesses de traitement. Le premier prototype mondial a été conçu et construit en 2013, et la technologie n'a cessé d'évoluer depuis. Le système permet un contrôle continu du processus et la production d'électrodes de haute qualité dans un processus de rouleau à rouleau. "Pour DRYtraec, nous avons réalisé une plateforme de R&D qui offre aux clients de l'industrie un large éventail d'options, des essais au transfert et à l'utilisation commerciale, tout au long de la chaîne de valeur. Maintenant que nous avons accordé une licence à une entreprise leader de l'industrie automobile européenne, nous ouvrons la voie à une nouvelle mise à l'échelle jusqu'à la production de masse", explique M. Althues, chef du département Matériaux pour batteries au Fraunhofer IWS.
La méthode DRYtraec convient également aux technologies de batteries importantes de l'avenir, telles que les batteries sodium-ion et les batteries à l'état solide. La capacité de production d'électrodes "Drop-in" a été démontrée pour ces systèmes de cellules. M. Kaskel, responsable du domaine technologique de la technologie des batteries au Fraunhofer IWS, explique : "Nous avons d'abord réalisé ce procédé pour les électrodes de batteries : "Nous avons d'abord réalisé ce procédé pour les électrodes des batteries lithium-ion et nous l'avons maintenant adapté aux batteries lithium-soufre et aux batteries à l'état solide. Ces dernières seront de plus en plus importantes à l'avenir, mais les performances des matériaux sont affectées par le traitement chimique par voie humide. Avec DRYtraec, nous offrons une approche prometteuse avec deux fois plus d'avantages".
La technologie brevetée DRYtraec, désormais établie comme méthode standard de revêtement à sec, consolide le rôle du Fraunhofer IWS en tant que fournisseur de R&D de premier plan dans ce domaine. Fraunhofer contribue ainsi de manière décisive à préserver le statut de l'Allemagne en tant que plaque tournante de la production automobile et souligne l'importance de la technologie de production en tant que clé de la création de valeur dans le cadre de la transformation de la mobilité.
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