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Améliorer les batteries lithium-ion grâce à... un algorithme

Deux chercheurs de l’université de Californie San Diego (États-Unis) développent des algorithmes permettant d’optimiser une batterie lithium-ion sans lui apporter de modification. Avec leur méthode ils pourraient diviser le temps de charge par deux et réduire considérablement les coûts de production.

Les professeurs Miroslav Krstic (à gauche) et Scott Moura de  l'université de San Diego ont reçu une partie d'une subvention globale de 4  millions de dollars (environ 3 millions d'euros) pour poursuivre le développement d'algorithmes optimisant la technologie des batteries  lithium-ion. © Jacobs School of Engineering Les professeurs Miroslav Krstic (à gauche) et Scott Moura de l'université de San Diego ont reçu une partie d'une subvention globale de 4 millions de dollars (environ 3 millions d'euros) pour poursuivre le développement d'algorithmes optimisant la technologie des batteries lithium-ion. © Jacobs School of Engineering

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Augmenter l’autonomie, la durée de vie et réduire les dimensions et les coûts des batteries, c’est l’ambition de centaines de chercheurs. Les idées et expérimentations ne manquent pas, certains travaillent sur l’ajout de nouveaux matériaux comme le sodium. Mais de façon générale, lorsque les fabricants de batteries souhaitent en augmenter la capacité, la conséquence reste toujours la même : une taille et un poids plus importants.

Des chercheurs de l’université de Californie San Diego ont, quant à eux, exploré un autre domaine. En utilisant des batteries lithium-ion classiques, ils pourraient diviser par 2 la durée de charge et réduire les coûts de production de 25 % d’une batterie sans rien changer ou presque.

Pour parvenir à cette prouesse, Miroslav Krstic et Scott Moura, les deux scientifiques en charge du projet, ont bousculé la méthode habituellement employée pour estimer l’état de charge ou de décharge d’une batterie. Sur le site du projet, les chercheurs expliquent que cette méthode, qui consiste à surveiller le courant et la tension, n’est pas suffisamment précise. C'est pourquoi la charge et la capacité réelle d'une batterie ne sont pas correctement évaluées. 

Une batterie contient deux électrodes, l’anode et la cathode. Une batterie contient deux électrodes, l’anode et la cathode. Lorsque la batterie est utilisée (c'est la décharge), les ions positifs du lithium traversent la membrane (Separator) au sein de l'électrolyte liquide et s'accumulent dans la cathode, contraignant les électrons à quitter l’anode en traversant le circuit, c'est-à-dire l'appareil branché sur la batterie (ici représenté par une ampoule). C’est l’inverse qui se déroule durant la charge. L’algorithme des chercheurs de l’université de San Diego permettrait d’évaluer plus précisément l’état des ions de lithium pour optimiser les performances de la batterie. © Jacobs School of Engineering
Une batterie contient deux électrodes, l’anode et la cathode. Une batterie contient deux électrodes, l’anode et la cathode. Lorsque la batterie est utilisée (c'est la décharge), les ions positifs du lithium traversent la membrane (Separator) au sein de l'électrolyte liquide et s'accumulent dans la cathode, contraignant les électrons à quitter l’anode en traversant le circuit, c'est-à-dire l'appareil branché sur la batterie (ici représenté par une ampoule). C’est l’inverse qui se déroule durant la charge. L’algorithme des chercheurs de l’université de San Diego permettrait d’évaluer plus précisément l’état des ions de lithium pour optimiser les performances de la batterie. © Jacobs School of Engineering

Un algorithme pour évaluer l'état des batteries lithium-ions

Pour disposer d’une meilleure estimation, il faudrait pouvoir contrôler ce qui se passe physiquement à l’intérieur de la batterie. Une opération très complexe à réaliser car les ions sont en général déposés par particules de formes irrégulières à l'intérieur de l'anode. Au lieu de se lancer dans ces recherches, les deux chercheurs ont développé des algorithmes mathématiques qui permettraient d’évaluer de façon assez précise l’état des ions lithium. Ainsi, les performances de la batterie seraient optimisées tout en réduisant son volume et donc son coût et son poids.

Pour ce projet, le Department of Energy Advanced Research Projects Agency - Energy (Arpa-E), a accordé une subvention de 415.000 dollars (320.000 euros) au laboratoire. Elle permettra aux chercheurs d’améliorer les algorithmes et de les tester sur des batteries. L’équipementier automobile Bosch et le fabricant de batteries Cobasys se sont associés aux recherches en apportant des bancs d’essais et des batteries. Au total, ce sont 4 millions de dollars (environ 3 millions d'euros) de subventions que doivent se partager les trois entités.


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