Des additifs de carbone conducteur plus durables pour les batteries lithium-ion
Partenariat innovant : recherche, industrie et start-up pour des batteries vertes
Les additifs conducteurs durables et de haute qualité pour les batteries lithium-ion sont l'une des clés de l'e-mobilité en Europe. Compte tenu de la demande croissante de batteries rechargeables due à la transition vers les véhicules électriques et les énergies renouvelables, le développement de matériaux innovants et respectueux de l'environnement est d'une importance capitale. Le projet conjoint HiQ-CARB, financé par l'Union européenne/EIT RawMaterials, a fait un grand pas en avant dans cette technologie clé pour la réduction desémissions de CO2 au cours des quatre dernières années.
L'industrie européenne des batteries a besoin de matériaux durables qui répondent aux exigences croissantes en matière de performances et minimisent l'impact environnemental de la production et de l'utilisation des batteries. Le projet de recherche HiQ-CARB vise à réduire la quantité d'additifs conducteurs nécessaires dans les électrodes des batteries en combinant des nanotubes de carbone (CNT) et du noir d'acétylène à partir de matières premières renouvelables et à réduire leur empreinte carbone. Cela permet de réduire les coûts tout en améliorant les performances électrochimiques des batteries. Les noirs de carbone conducteurs couramment utilisés comme additifs conducteurs dans la production d'électrodes de batteries sont d'origine fossile et ont donc une empreinteCO2 défavorable. Le projet HiQ-CARB a bénéficié d'un consortium diversifié qui a apporté une expertise et des ressources uniques. Des avancées significatives ont été réalisées en matière de durabilité et de performance des batteries lithium-ion. La combinaison du noir d'acétylène et des nanotubes de carbone a permis de réduire la quantité d'additifs nécessaires, ce qui se traduit par des batteries rentables et performantes.
Ressources durables et efficacité des matériaux pour un impact environnemental moindre
Les travaux réalisés à ce jour dans le cadre du projet ont porté sur la mise au point de la composition la plus efficace pour les nouveaux additifs conducteurs, la mise à l'échelle des processus de production, des évaluations complètes des matériaux et une analyse du cycle de vie (ACV) réalisée par l'université de Bordeaux. La coopération avec des partenaires tels que l'Institut Fraunhofer pour la recherche sur les silicates (ISC), l'université d'Aalto et la start-up CustomCells Itzehoe GmbH a été cruciale pour l'évaluation des matériaux en laboratoire et à l'échelle pilote afin de s'assurer qu'ils conviennent aux applications pratiques.
Outre l'augmentation de la production de carbone, l'évaluation des matériaux et la formation des spécialistes, les partenaires du projet ont également été chargés d'élaborer une stratégie de marché afin de transférer les connaissances acquises vers une mise en œuvre industrielle. Les matériaux clés comprennent les particules de noir de carbone conducteur à base d'acétylène produites par la société ORION S. A. et les NTC économes en ressources produits par la société ARKEMA. Ces deux matériaux peuvent être produits en quantités importantes, allant de quelques dizaines de tonnes à des milliers de tonnes, et ont été évalués par les partenaires en termes de propriétés et d'impact sur l'environnement lorsqu'ils sont utilisés dans les matériaux pour batteries.
Une preuve de réussite : de nouveaux additifs à faible empreinteCO2 peuvent être intégrés dans la production
La combinaison d'additifs de carbone permet d'améliorer les conductivités réalisables et donc de réduire la quantité totale requise dans les électrodes des batteries, ce qui contribue à créer des batteries lithium-ion plus légères, plus rentables et plus puissantes. CustomCells, partenaire du projet, a mis à disposition ses installations de production afin d'utiliser les nouveaux additifs directement dans la production de batteries, au lieu du noir de carbone conducteur d'origine fossile utilisé précédemment.
"Les additifs HiQ-CARB à base de carbone ont pu être facilement intégrés dans nos processus de production existants sans changements significatifs. Nous avons obtenu des modèles de revêtement très homogènes, ce qui nous a convaincus de leur qualité", rapporte Jan Majchel, partenaire du projet chez CustomCells. "En tant que fabricant de batteries basé en Allemagne, CustomCells soutient l'idée d'un paysage de batteries innovant en Europe avec des composants importants provenant de la région. Nous sommes ravis des nouvelles opportunités créées par HiQ-CARB".
Comment les "batteries vertes" bénéficient des résultats de HiQ-CARB
La production de noir d'acétylène a été portée à plus de 3 000 tonnes et des nanotubes de carbone plus fins ont été mis au point pour répondre aux besoins de l'industrie. Cela a permis de jeter les bases d'une production d'électrodes de batterie plus respectueuse de l'environnement. En utilisant les nouveaux mélanges d'additifs de carbone conducteurs et plus respectueux de l'environnement, les partenaires du projet, le Fraunhofer ISC et l'université d'Aalto, ont mis au point des recettes pour les matériaux de cathode "haute énergie" et "haute puissance" et les ont transformés en cathodes correspondantes. L'évaluation en laboratoire a montré de bons résultats et, surtout, des avantages évidents par rapport aux additifs conducteurs conventionnels.
Une feuille de route claire a été tracée pour la production future d'additifs au plomb plus respectueux du climat et de cellules de batteries fabriquées avec ces additifs. Le transfert des formulations optimisées de cathodes à CustomCells garantit les essais et la commercialisation potentielle de ces innovations.
L'examen complet des analyses du cycle de vie (ACV) réalisées par l'Université de Bordeaux a révélé que la production du noir d'acétylène d'ORION a un potentiel de réchauffement planétaire de seulement 1,5 kg d'équivalentCO2 par kilogramme (pour les experts : principalement en raison des émissions du champ d'application 3). Avec 3,5 à 3,9 kg d'équivalentCO2 par kilogramme, l'écobilan du noir de carbone produit de manière conventionnelle est nettement plus élevé. Ces résultats soulignent la nécessité d'adopter des méthodes de production plus durables.
Le projet a également soutenu la formation de spécialistes dans la chaîne de valeur des batteries lithium-ion.
En résumé, le projet HiQ-CARB a contribué de manière significative à la promotion de pratiques durables dans l'industrie des batteries lithium-ion. Le développement et la commercialisation d'additifs conducteurs innovants améliorent non seulement les performances des batteries, mais jettent également les bases d'un écosystème de fabrication de batteries plus respectueux de l'environnement et économiquement viable en Europe. Les partenaires sont déterminés à relever les défis qui subsistent et à assurer le succès de l'introduction de ces innovations sur le marché.
Les partenaires
- Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC, Allemagne (coordinateur du projet)
- Université d'Aalto, Finlande
- Groupe ARKEMA, France
- Customcells Itzehoe GmbH, Allemagne
- Orion S. A., Allemagne
- Université de Bordeaux, France
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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