Au cœur de ce que certains appellent désormais la « vallée de la batterie électrique » à Dunkerque, s’est tenu du 1 au 3 avril le salon Batteries Event 2025, réunissant scientifiques, fabricants et autres experts des batteries. Plusieurs start-ups ont pu y présenter leurs innovations les plus récentes. Une thématique phare est notamment portée par les jeunes acteurs du secteur : la sécurité des cellules et des batteries dans leur ensemble.
Analyse in operando du comportement des cellules de batteries
« De nombreux facteurs influencent le vieillissement des batteries : le taux de chargement, la chaleur, l’utilisation, etc. », débute Franziska Klein, directrice du groupe Batteries au sein de l’institut allemand Fraunhofer ICT. Le vieillissement des cellules de batteries n’est pas sans impacts : formation de films aux surfaces des électrodes, apparition de dendrites pouvant aller jusqu’à provoquer des court-circuits et autres réactions secondaires finissent par parasiter le bon fonctionnement des cellules.
Les chercheurs allemands ont souhaité étudier l’évolution de l’épaisseur des électrodes et de l’électrolyte durant le fonctionnement de cellules. « Nous avons pu mener trois types d’analyses in operando : diéléctrométriques (la réponse électrique d’un matériau à un courant alternatif, ndlr), électrochimiques et des observations par spectrométrie de masse », détaille la chercheuse.
Au cours des tests sur une cellule composée d’une anode en carbone graphite, les chercheurs ont pu mettre en avant, comme attendu, des changements de volumes réversibles de l’anode au cours des cycles de charge et de décharge. « Durant la décharge, le volume de l’anode augmente. Celui-ci diminue durant la charge. Cependant, on observe qu’en augmentant le nombre de cycles, la quantité de volume réversible diminue », observe Franziska Klein, qui impute notamment ce résultat à la formation d’interfaces solides entre l’électrolyte et les électrodes (SEI). Après 200 heures de cycles, les chercheurs notent une diminution du volume réversible d’environ 5 %.
D’autre part, les scientifiques allemands ont également pu mettre en évidence, notamment par des études de spectrométrie de masse, que la dégradation des sels contenus dans l’électrolyte se produit essentiellement durant les premiers cycles de charge-décharge des cellules. « Nous pouvons optimiser la conception de cellules de batteries et les procédés de fabrication », conclut Franziska Klein. Des tests similaires ont déjà été conduits sur d’autres architectures de cellules de batteries, notamment les cellules au sodium ou les batteries tout-solide.
Un nouvel aérogel pour fortement freiner l’emballement thermique
Si les batteries à cellules au lithium-ion équipent la très large majorité des appareils électroniques de la planète, elles n’en restent pas moins instables par nature. L’électrolyte liquide au cœur des cellules, lorsque chauffé à des températures extrêmes, peut devenir le théâtre de réactions chimiques entraînant une augmentation exponentielle de la température de la cellule. On parle d’emballement thermique : les fortes températures se propagent dans toutes les cellules et provoquent ainsi l’incendie voire l’explosion de la batterie.
Le producteur français d’aérogels Enersens, basé à Rochetoirin (Isère), entend aider à prévenir cette réaction en chaîne dévastatrice. « Nous avons mis au point Skogar, un aérogel capable de retarder l’effet de l’augmentation des températures au sein des cellules de batteries », présente Mickael Dardek, directeur commercial d’Enersens. Les résultats des tests, effectués au sein des laboratoires du CEA, ont été présentés durant le Batteries Event 2025. Une cellule lithium-ion à cathode au nickel, manganèse et oxyde de cobalt (NMC) chargée à 100 % et recouverte de l’aérogel Skogar, composé principalement de silice, a été chauffée à 200°C. Des mesures de températures à l’intérieur de la cellule, aux interfaces avec l’aérogel et à proximité externe de ce dernier ont été effectuées.
Les résultats sont sans appel, d’après Mickael Dardek : l’emballement thermique de la cellule a bien lieu et des températures supérieures à 1100°C sont relevées dans la cellule. En revanche, à l’interface cellule-aérogel, la température chute déjà drastiquement pour atteindre 400° C. De l’autre côté des 2 mm d’épaisseur de l’aérogel, la température relevée n’est plus que de 80°C. « Nous observons également qu’il n’y a pas de ponction au coeur de notre aérogel, qui reste intact après l’expérience », souligne Mickael Dardek.
Le directeur commercial explique cette isolation thermique record grâce à la très faible conductivité thermique du matériau d’Enersens : celle-ci a été mesurée à 12 mW/m.K. « C’est peut-être le matériau le plus isolant disponible aujourd’hui », commente-t-il. En outre, les très hautes performances d’isolation thermique de leur matériau permettent à Enersens de proposer des aérogels de très faibles épaisseurs, allant de 0,5 à 6 mm et permettant ainsi d’éventuellement augmenter le nombre de cellules par batterie. En conclusion, Mickael Dardek rappelle que le principal frein à la démocratisation des aérogels silicés reste aujourd’hui leur coût très élevé.
Des additifs pour de meilleurs électrolytes de cellules sodium-ion
Fondée en 2019, l’entreprise allemande E-Lyte développe des électrolytes pour tous types de batteries. Récemment, l’entreprise, qui se targue de créer plus de 2000 nouvelles compositions d’électrolytes par an, a mis au point un nouvel additif rendant les nouvelles générations de cellules de batteries sodium-ion plus performantes et plus sécurisées. Si cette technologie présente l’avantage majeur de l’abandon du très demandé lithium au profit du sodium, présent en abondance sur Terre, elle permet une densité de puissance moins importante (environ 180 Wh/kg contre environ 250 Wh/kg pour certaines technologies comprenant du lithium).
Des problématiques majeures, comme la dégradation des cellules en raison de multiples transitions de phases au cœur de l’électrolyte ou la perte de matières actives au fil des cycles sont aussi pointées du doigt par Kolja Beltrop, directeur technique de E-Lyte. Le nouvel additif, baptisé NFM-334 et dont la composition reste aujourd’hui secrète, permet d’après Kolja Beltrop d’augmenter de 28 % la durée de vie d’une cellule sodium-ion. D’après lui, l’électrolyte supprime entièrement la déposition de sodium à l’anode pendant les cycles.
Un second additif, lui aussi gardé secret, permettrait d’augmenter la durée de vie de la cellule de 5 % supplémentaires. En outre, ce second additif résout le problème de la formation de gaz à l’intérieur de la cellule. « La formation de gaz, notamment oxygénés, entraîne l’augmentation de la pression interne à la cellule et des défaillances de celle-ci », décrit Kolja Beltrop. La synergie des deux additifs permettrait de réduire de 80 % la quantité de gaz produits au sein de la cellule.
