La batterie suédoise en fibre de carbone peut révolutionner la conception des voitures

Au cours des prochaines années, les batteries qui entrent dans les voitures électriques deviendront suffisamment bon marché pour qu’un véhicule électrique ne coûte pas plus qu’une voiture de taille équivalente avec un moteur à combustion interne. Mais ces véhicules électriques pèsent toujours plus que leurs homologues à essence – surtout si le marché insiste sur des estimations d’autonomie de plus en plus longue – le bloc-batterie représente 20 à 25% de la masse totale du véhicule.

Mais il existe une solution: convertir eux-mêmes certains composants structurels de la voiture en batteries. Faites cela et le poids de votre batterie disparaîtra efficacement car quel que soit le groupe motopropulseur, chaque véhicule a encore besoin de composants structurels pour le maintenir ensemble. C’est une approche qui rassemble à travers le monde Je cherche depuis un certain temps maintenantL’idée a été complètement expliquée par le directeur technique de Volvo, Henrik Green, quand Ars lui a parlé début mars:

Ce que nous avons appris … Juste pour prendre un exemple: “Comment intégrer plus efficacement une cellule de batterie dans une voiture?” Eh bien, si vous le faites de manière traditionnelle, vous mettez la cellule dans le carré et vous l’appelez l’unité; Vous mettez un certain nombre d’unités dans une boîte, appelez ce package. Vous mettez l’emballage dans une voiture et ensuite vous avez une solution standardisée et vous pouvez l’étendre pendant 10 ans et 10 trous de fabrication.

Mais en substance, c’est une solution totalement inefficace en termes de poids, d’espace, etc. Donc, ici, vous pouvez vraiment aller plus loin, et comment pouvez-vous intégrer des cellules directement dans le corps et vous débarrasser de ces unités, de ces faisceaux et des choses entre les deux? C’est le défi avec lequel nous travaillons pour les générations futures et qui changera fondamentalement la façon dont les voitures sont construites. Vous avez peut-être pensé que le temps du changement allait prendre fin, mais il renaît.

Tesla est connu pour concevoir de nouvelles unités de batterie qui agissent également comme des éléments structurels, mais le constructeur automobile est basé en Californie. C’est la formation de ces unités structurelles à partir de cellules cylindriques conventionnelles. Cependant, il y a une approche plus élégante de l’idée, et il existe un groupe à l’Université de technologie Chalmers en Suède dirigé par le professeur Lev Asp. Il a fait peu de progrès à cet égard, Ce qui permet à chaque composant de la batterie de fonctionner à la fois structurellement et électriquement.

La batterie structurelle combine l’anode en fibre de carbone et la cathode en feuille d’aluminium revêtue de phosphate de fer lithium, qui est séparée par un séparateur en fibre de verre dans un matériau de matrice électrolytique de la batterie structurelle. L’électrode positive accomplit une triple tâche, hébergeant des ions lithium, conduisant des électrons et stimulant tout en même temps. De même, l’électrolyte et la cathode supportent des charges structurelles et remplissent leurs fonctions en mouvement d’ions.

Les chercheurs ont testé deux types différents de fibre de verre – qui ont abouti à des cellules avec une tension nominale de 2,8 V – et ont obtenu de meilleurs résultats en termes de performances de la batterie en utilisant un tissu plus fin et plus simple. Les cellules utilisant cette construction ont une capacité spécifique de 8,55 Ah / kg, une densité de puissance de 23,6 W / kg (à 0,05 ° C), une puissance spécifique de 9,56 W / kg (à 3 ° C) et une épaisseur de 0,27 mm . Pour mettre en contexte au moins un de ces chiffres, les 4 680 cellules dans lesquelles Tesla se déplace ont une densité d’énergie de 380 W / kg. Cependant, le chiffre de densité d’énergie pour les cellules cylindriques n’inclut pas la masse de la matrice structurelle qui les entoure (lorsqu’elle est utilisée comme panneaux structurels).

En parlant de charges structurelles, la plus grande rigidité a également été obtenue avec le tissage régulier de fibre de verre, à 25,5 GPa. Encore une fois, pour mettre ce nombre en contexte, c’est presque le même que le plastique renforcé de fibre de verre, tandis que le CFRP sera environ 10 fois plus grand, selon qu’il est Moulage par transfert de résine ou Feuilles tissées pré-imprégnées de résine (Connu sous le nom de pré-imprégné).

Le groupe du professeur ASP travaille actuellement à voir si le remplacement de la feuille d’aluminium pour la cathode par de la fibre de carbone augmenterait la rigidité (ce qu’il devrait) et les performances électriques. Le groupe teste également des séparateurs encore plus minces. Il espère atteindre 75 Wh / kg et 75 GPa, ce qui se traduit par une cellule légèrement plus rigide que l’aluminium (GPa: 68) mais nettement beaucoup plus légère.

Construire des voitures électriques ou même des avions à partir de batteries composées structurées est toujours un projet à long terme, et même au mieux, les cellules de batterie structurelles peuvent ne jamais se rapprocher de la performance des cellules personnalisées. Mais comme elle remplacera également les structures en métal lourd, la voiture résultante devrait être plus légère dans l’ensemble.

Pendant ce temps, ASP pense que d’autres produits pourront bientôt en profiter. “La prochaine génération de batteries structurelles a un potentiel fantastique. Si vous regardez la technologie grand public, il pourrait très bien être possible d’ici quelques années de fabriquer des smartphones, des ordinateurs portables ou des vélos électriques qui pèsent la moitié du poids actuel et sont beaucoup plus petits”. Dit Asp.

Image de l’annonce par Marcus Volino

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