Un regard sur l'avenir du stockage mobile de l'énergie

Le succès mondial de la recherche :
la victoire de la batterie au lithium-ion

Tout au long de l'histoire, des technologies qui ont un impact profond sur la vie humaine ont fait leur apparition - la batterie lithium-ion est l'une d'entre elles. Le moteur initial de cette technologie est venu des appareils électroniques de divertissement des années 1970, lorsque la recherche d'une alternative aux batteries jetables utilisées dans les baladeurs et autres a commencé. Il a été rapidement reconnu que les batteries au lithium-ion avaient un grand potentiel car elles sont denses en énergie, de taille compacte et ne sont pas sensibles à l'effet mémoire. Il y avait cependant des problèmes : elles étaient très inflammables et sujettes à des courts-circuits à l'intérieur de la cellule. Les scientifiques ont dû s'attaquer à ces problèmes et, dans une certaine mesure, ils le font encore. Une percée décisive a été réalisée grâce aux recherches de John B Goodenough (États-Unis), M Stanley Whittingham (Royaume-Uni) et Akira Yoshino (Japon), qui ont reçu le prix Nobel de chimie en 2019. Les premières batteries rechargeables au lithium-ion ont été fabriquées en 1983, et elles ont été lancées sur le marché par Sony en 1991. Depuis lors, elles sont inarrêtables, comme le confirment les statistiques : en 2019, le marché mondial représentait environ 40 milliards d'euros. Ce chiffre devrait atteindre 60 milliards d'euros d'ici 2022.

De la musique à la mobilité, en passant par le nettoyage industriel :
les piles améliorent les systèmes dans toutes sortes d'endroits.

Prenez votre téléphone portable, votre appareil photo numérique, votre ordinateur portable ou votre lampe de poche : il n'existe pratiquement aucun gadget électronique qui ne fonctionne pas sur des batteries lithium-ion de nos jours. Cette technologie est plus légère, plus petite et offre une capacité et des performances supérieures à celles des batteries standard au nickel-cadmium ou au nickel-hydrure métallique. C'est un facteur important pour les appareils pratiques tels que les outils électriques, le matériel de jardinage, les aspirateurs et autres, tant dans les environnements domestiques que commerciaux. L'électromobilité est un autre sujet d'actualité. Les batteries au lithium-ion peuvent être interconnectées, ce qui signifie que plusieurs d'entre elles peuvent être connectées ensemble pour former un bloc d'alimentation. Cette technique est utilisée dans toutes sortes de véhicules, des vélos électriques, scooters électriques et Segways aux voitures et bus hybrides et électriques. Même dans le domaine du photovoltaïque, les batteries au lithium-ion se sont révélées utiles pour le stockage de l'énergie en raison de leur taille compacte, de leur longue durée de vie et de l'absence de besoins d'entretien. Une durée de vie domestique de 6 000 cycles est standard, ce qui représente environ 20 ans, soit à peu près la même durée de vie qu'un système photovoltaïque.

Aujourd'hui : les ions de lithium. Demain... ?
Où allons-nous ?

La technologie du lithium-ion est partout de nos jours et a rendu possible des solutions durables dans certains domaines. Il serait difficile de la remplacer. Cependant, l'électromobilité est un des moteurs qui augmentent la demande de stockage d'énergie de façon si spectaculaire que cette technologie ne pourra probablement pas répondre à cette demande par elle-même. Sans parler de questions telles que les performances plus élevées et les cycles de charge plus courts, qui pourraient être mieux abordées en utilisant d'autres technologies, même s'il existe encore un certain potentiel de développement dans les piles au lithium-ion. Enfin, la disponibilité des matières premières - principalement le cobalt et le lithium - deviendra problématique à moyen terme.

La recherche d'alternatives est donc bien engagée. Une option est la batterie à électrolyte solide, qui ne contient aucun fluide, mais seulement un électrolyte solide comme conducteur électrique. Elle devrait permettre d'atteindre une autonomie d'au moins 500 km pour les véhicules électriques et se charger en quelques minutes seulement. Les recherches actuelles se concentrent sur les matériaux et les techniques de fabrication. Une autre option est la batterie au magnésium, qui devrait être plus puissante, moins chère et plus sûre que les batteries lithium-ion actuelles. Sans compter que le magnésium est une matière première mille fois plus courante que le lithium. Et il est plus facile à recycler.

Avons-nous besoin de batteries partout ?
Durabilité et possibilités de recyclage.

Du point de vue de la durabilité, il y a des avantages et des inconvénients à la technologie du lithium-ion. D'une part, elle est utilisée à des fins telles que les véhicules électriques et le stockage d'énergie pour l'alimentation des systèmes photovoltaïques - des étapes clés vers un avenir plus respectueux de l'environnement. D'autre part, les batteries sont actuellement utilisées avec très peu de restrictions - même les baskets et les sauteurs sont désormais éclairés et les pailles sont décorées avec des LED ! Cela va à l'encontre de nos progrès vers une utilisation responsable des ressources. Le recyclage est un autre problème car les méthodes actuelles sont insuffisantes pour faire face au nombre élevé de batteries de véhicules.

On prévoit que le cobalt et d'autres matériaux seront bientôt en pénurie, des solutions sont donc en cours d'élaboration. La fusion thermique, par exemple, peut être utilisée pour récupérer le cobalt, le nickel et le cuivre. Une autre approche consiste à broyer les batteries hautement inflammables dans une atmosphère d'azote. Ce qui reste est du matériel déchiqueté, à partir duquel nous pouvons recycler le graphite, le manganèse, le nickel et le cobalt. La batterie peut alors être reproduite avec une empreinte carbone de 40 % inférieure à celle d'une batterie neuve fabriquée à partir de zéro. Il existe de nombreuses autres variantes sur ce thème, mais l'objectif est le même : économiser l'énergie et réutiliser la plus grande partie possible des matières premières.

Le programme Second Life a une approche différente, utilisant de vieilles batteries pour le stockage d'énergie stationnaire. Les batteries des véhicules électriques ne sont plus assez performantes pour répondre aux besoins d'autonomie après huit ou neuf ans, il faut donc les remplacer - mais elles fonctionnent toujours. Divers constructeurs automobiles ont donc l'intention d'utiliser ces batteries à capacité de charge réduite dans un grand réservoir d'énergie stationnaire.

Il se passe beaucoup de choses dans le domaine de la technologie des batteries, et le voyage vers l'avenir sera particulièrement passionnant.

KÄRCHER ET LA TECHNOLOGIE DES BATTERIES :

Quatre questions pour Docteur Jan Becker, responsable des systèmes de stockage d'énergie de notre Centre de modules.

Quand Kärcher a-t-il mis sur le marché les premiers appareils à batteries ?

Nous avons des produits avec des batteries dans notre portefeuille depuis plus de 30 ans et ils offrent tous les avantages habituels. Nous nous sommes toujours demandé où leur application était la plus judicieuse pour nos clients et comment aborder les défis techniques.

Avec le Kärcher Battery Universe, vous lancez maintenant deux nouvelles plateformes de batteries. Quel était l'objectif de leur développement ?

Il y avait plusieurs facteurs importants à garder à l'esprit - notamment l'augmentation des performances et de la durée de fonctionnement, et un affichage précis indiquant le temps de charge et la durée de fonctionnement restante à la minute près. Nous disposons de batteries de 18 V et 36 V de différentes capacités. Toutes les batteries d'une même classe de tension s'adaptent à chaque appareil.

Quels produits seront disponibles ?

Dans la gamme Home & Garden, les nouveaux produits de batteries sont sur le marché depuis le printemps 2019. La gamme comprend des laveuses à moyenne pression, des aspirateurs à eau et à sec et divers outils de jardinage. Notre gamme professionnelle sera lancée en 2020 et comprend des aspirateurs à eau et à sec, ainsi que des outils professionnels pour l'entretien des espaces verts. Et nous sommes la première entreprise au monde à lancer un nettoyeur haute pression à piles pour un usage commercial.

Les batteries au lithium-ion seront encore utilisées pendant un certain temps, mais les prochaines technologies sont déjà dans les starting-blocks. Quelle est la réponse de Kärcher ?

Nos plates-formes sont conçues de manière à ce que nous puissions facilement intégrer de nouvelles technologies de cellules dans notre interface. C'est un moyen important pour nous de proposer à nos clients des solutions à l'épreuve du temps.

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