Vers une nouvelle conception des batteries lithium-ion ?

28 mars 2019•Eitel Mabouong•3 min•

batterie lithium-ion (garycycles8 - flickr)

Fuite d’électrolyte inflammable, combustion de la batterie ou explosion… Les risques d’incidents liés aux batteries lithium-ion ne manquent pas. Ces incidents pourraient néanmoins rapidement être amenés à diminuer.

C’est souvent par le biais d’images de flammes que s’effectue la prise de conscience des risques liés aux batteries lithium-ion. Plus ou moins spectaculaires, ces flammes ne sont pourtant que le résultat d’une défaillance.

C’est sur ces causes que les chercheurs souhaitent agir afin de limiter au maximum que ces incidents ne se produisent. La principale de ces causes reste la propagation de l’emballement thermique des accumulateurs, comme le rappelle le CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) dans sa revue du mois de mars 2019.

Les trois types de composition d’une batterie lithium-ion

Comme évoqué dans l’article « Les risques liés aux batteries lithium-ion », publié dans le numéro 550 de Face au Risque (mars 2019), la composition d’une batterie lithium-ion évolue selon le produit qu’elle sera amenée à alimenter.

Dans le cas d’un téléphone portable, une « cellule » suffit à gérer l’alimentation. Pour une trottinette électrique, une « cellule » ne suffit plus. La batterie se compose ainsi d’un « module »… Lui-même composé de plusieurs « cellules ». Pour un appareil plus puissant, type voiture électrique, on passe alors sur une batterie lithium-ion présentée sous la forme d’un « pack ». Ce « pack » se compose de plusieurs « modules ».

Des batteries lithium-ion plus sûres grâce au numérique…

Dans le but de mieux comprendre ces causes, les chercheurs de CEA-Liten ont ainsi développé un « modèle de simulation numérique » reproduisant l’emballement thermique dans une cellule de lithium-ion.

Les futures ambitions affichées par le CEA sont multiples. Elles sont au nombre de trois.

En premier lieu, il s’agira de « mieux comprendre le phénomène d’emballement » grâce à l’apport du numérique. Cela grâce au logiciel Comsol Multiphysics et à la plateforme de modélisation multiphysique Muses. Ces deux logiciels ont d’ores et déjà permis la construction d’un modèle 3D de cellules.
En amont de cette construction, « des essais expérimentaux [avaient permis] d’identifier les paramètres de la cinétique de réaction globale d’emballement thermique de la cellule batterie », confie l’auteur de l’article du CEA. Ces essais se sont de fait avérés suffisamment concluants pour permettre de déboucher sur cette modélisation 3D de cellules.
Dans un deuxième temps, il s’agira de se servir de cette compréhension du phénomène d’emballement pour « évaluer les risques ».
Puis, dans un troisième temps, de« concevoir des cellules et des packs batteries plus sûrs, tout en nécessitant moins de tests expérimentaux ».

En résumé, l’usage du numérique – qui a déjà permis la modélisation 3D de cellules de via le logiciel Comsol et la plateforme Muses notamment – pourrait prochainement permettre de produire des batteries lithium-ion plus sûres.