La détection : clé de décarbonation ?

Les batteries Lithium-ion sont devenues prédominantes en raison des demandes insatiables et sophistiquées de nombreuses industries, combiné à la révolution des communications de l'internet des objets (IoT). Au « macro-niveau », leur utilisation pourrait entraîner une diminution significative des émissions de CO2 pour les secteurs de l'électricité et des transports. D'un autre côté, des considérations à court terme sur leur réutilisation ou leur réaffectation signifient qu'il est essentiel de maximiser la qualité, la fiabilité, la durée de vie et la sécurité (ou QRLS) des cellules au niveau des dispositifs. Pour ce faire, assurer la surveillance des batteries devient essentiel. Il s’agit d’un problème clé et complexe. Parmi les nombreuses stratégies existantes, les techniques de diagnostic s'avèrent attractives. C’est pourquoi Jiaqiang HUANG, Steven T. BOLES, et Jean-Marie TARASCON ont publié un article de revue dans Nature Sustainability rappelant ainsi les différentes techniques de diagnostic des batteries incluant les approches électrochimiques, acoustiques en mettant surtout en avant les bienfaits qu’apporte la nouvelle ère de la détection optique.

La détection acoustique fortement utilisée dans le domaine médical (échographie et autres) voir en sciences de la terre (détection sismique) repose soit sur l’étude d’ondes mécaniques émises par des fissures soit sur le retard engendré par la propagation d’une onde élastique à travers différents milieux.  La détection optique tire avantage de l’utilisation de capteurs optiques à base de réseaux de Bragg inscrits sur des fibres optiques (les mêmes que celles utilisées pour la fibre internet). Ces capteurs fortement utilisés en génie civil ont conquis ces quatre dernières années le domaine des batteries. Ils permettent l’accès en temps réel d’observables tels que la température, pression, contrainte, ainsi qu’à des paramètres thermodynamiques jusque-là non accessibles (chaleur de réaction, chaleur spécifique), le tout permettant d’envisager des systèmes de management de batteries BMS beaucoup plus avancés. La possibilité de suivre l’évolution in situ de la chimie au sein des batteries lors de leur étape de formation et de vieillissement est également mentionnée comme dernière avancée notoire. 

En dehors de cet aspect technique les auteurs soulignent les bienfaits du diagnostic pour la réalisation future de batteries intelligentes à longue durée de vie et à empreinte CO2 minimale. Les batteries du futur pourraient avoir leur propre passeport électronique. La possibilité de créer, grâce aux multifonctions des capteurs de Bragg qui peuvent être légèrement modifiés pour tirer avantage de l’effet plasmonique, un « lab on the cell » est également envisagé. C’est d’ailleurs les études actuelles que mènent les auteurs.   

Les auteurs espèrent que cette revue suscitera l'intérêt et la curiosité d'un large éventail de disciplines ainsi que d'industries diversifiées au-delà du secteur des batteries.

Fig. 1 | La détection pour une meilleure durabilité des batteries. La convergence de ces approches pluridisciplinaires ("laboratoire sur fibre", internet des objets, cloud, IA, jumeaux numériques, etc.) débouchera sur des batteries à longue durée de vie, hautement fiables et presque entièrement durables.

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