6 mars 2025 agvs-upsa.ch – Le projet européen Sense, mené par l'Empa, a débuté en 2020 avec l'objectif ambitieux d'améliorer les batteries des voitures électriques. Les onze équipes issues de la recherche et de l'industrie ont réussi à développer la batterie lithium-ion de nouvelle génération : une densité énergétique plus élevée, un bilan environnemental plus favorable, une capacité de charge rapide améliorée et une meilleure rentabilité.


L'objectif de Sense, composé de onze équipes, était de trouver des solutions pour les batteries lithium-ion de nouvelle génération. Photo: Université de Coventry

pd. Après 2035, plus aucune nouvelle voiture équipée d'un moteur à combustion ne devrait être vendue en Europe. Pour atteindre cet objectif ambitieux, il faut avant tout améliorer les batteries afin que les voitures électriques se rechargent plus rapidement, puissent parcourir de plus longues distances et aient une empreinte écologique plus faible. De nombreux projets de recherche de grande envergure soutiennent l'industrie des batteries et de l'automobile dans le développement des batteries du futur. L'un d'entre eux, un projet «Horizon 2020» appelé Sense, s'est achevé avec succès début 2024.

Ce projet européen de quatre ans, doté d'un budget total de plus de dix millions d'euros, a été initié et dirigé par des chercheurs du laboratoire «Materials for Energy Conversion» de l'Empa. Au moment de l'appel d'offres, ce laboratoire relativement jeune était encore peu connu dans le domaine de la recherche sur les batteries. Le directeur du laboratoire, Corsin Battaglia, savait que pour participer à un projet européen sur les batteries, lui et ses chercheurs devaient monter leur propre projet. Ils y sont parvenus : Corsin Battaglia et son collaborateur Ruben-Simon Kühnel ont réussi à convaincre des institutions universitaires et des entreprises industrielles du monde entier de les rejoindre et ont remporté l'appel d'offres.

Des technologies pour aujourd'hui
L'objectif de Sense était à la fois pragmatique et ambitieux. Les onze équipes voulaient trouver des solutions pour les batteries lithium-ion de la prochaine génération, la prochaine génération, souligne Battaglia, et non pas la génération d'après. En d'autres termes, une fois le projet terminé, les matériaux et les technologies développés devaient être aussi proches que possible de la production à l'échelle industrielle et donc de l'utilisation dans les voitures électriques. «Nous faisons également des recherches sur des technologies de batteries qui sont potentiellement bien meilleures que les batteries lithium-ion : plus durables, plus sûres et avec une densité énergétique plus élevée», explique Battaglia. «Mais il faudra encore quelques années avant qu'elles puissent être produites à l'échelle industrielle. Dans le cadre du projet Sense, nous voulions développer des technologies qui pourraient être installées dans les voitures électriques dans quelques années.»


Les matériaux et les technologies développés doivent être utilisés pour la production industrielle et donc pour les voitures électriques. Photo: FPT Motorenforschung AG

Pour ce faire, les membres du projet ont parcouru en seulement quatre ans presque toute la chaîne de valeur de la production de batteries : du développement de nouveaux matériaux à leur intégration dans les cellules de batterie, en passant par leur mise à l'échelle. Les cellules, de la taille d'un smartphone, ont été fabriquées par l'Institut autrichien de technologie (AIT). FPT Motorenforschung AG, le centre d'innovation de la marque FPT Industrial, qui appartient au groupe Iveco, a ensuite pu les intégrer dans un module prêt à l'emploi, tel qu'il est installé dans un véhicule électrique, y compris l'électronique et les logiciels associés.

Tous les composants ont été perfectionnés
Le module Sense présente plusieurs améliorations par rapport aux batteries actuelles : une densité énergétique plus élevée et un bilan environnemental plus favorable, une capacité de charge rapide améliorée et une sécurité incendie accrue - et bien sûr une meilleure rentabilité. Tous les composants essentiels de la batterie ont été perfectionnés. La cathode ne contient que la moitié de la quantité de cobalt, une matière première critique, que contiennent les batteries actuelles. Dans l'anode, les équipes du projet ont pu remplacer une partie du graphite, également classé comme critique en raison de la fabrication des batteries, par du silicium, l'un des éléments les plus courants dans la croûte terrestre.

L'électrolyte, le liquide qui transporte les ions entre les électrodes et permet ainsi de charger et de décharger la batterie, a également été amélioré. Les chercheurs de l'Empa ont joué un rôle de premier plan dans ce domaine. «Les électrolytes classiques sont inflammables», explique le chercheur de l'Empa, M. Kühnel. «Nous avons pu réduire considérablement la combustibilité grâce à certains additifs, sans pour autant porter atteinte à la conductivité, qui est essentielle pour une charge et une décharge rapides.» Afin d'améliorer encore la capacité de charge rapide, l'université britannique de Coventry a également développé, en collaboration avec FPT Motorenforschung AG, un système sophistiqué de gestion de la température pour le module pilote. Des capteurs intégrés directement dans les cellules surveillent la température à l'intérieur de la batterie en temps réel. Un algorithme spécialement développé à cet effet permet de charger la cellule à une vitesse qui ne l'endommage pas par surchauffe.

Pour Battaglia et Kühnel, le plus grand succès du projet réside dans son évolutivité et son transfert direct vers l'industrie. Les entreprises industrielles impliquées ont pu déposer plusieurs brevets pour les nouveaux développements de Sense, construire des installations de production pilotes et obtenir des fonds d'investissement, ainsi que mettre à profit les connaissances acquises dans d'autres technologies de batteries. L'entreprise chimique Huntsman a même déjà commercialisé l'additif conducteur utilisé dans les électrodes Sense, qui est désormais à la disposition des fabricants de batteries.


Les cellules, de la taille d'un smartphone environ, sont fabriquées par l'Institut autrichien de technologie (AIT). Photo : Université de Coventry

La prochaine étape
Ce chemin vers le succès n'a pas été sans obstacles. Outre les grands défis organisationnels posés par la pandémie, l'instabilité des chaînes d'approvisionnement et la hausse des prix des matières premières et de l'énergie, il y a également eu des difficultés techniques. Par exemple, les cellules prototypes ne sont pas encore aussi stables que l'équipe du projet le souhaiterait. De même, la mise à l'échelle, bien que réussie, est loin d'être terminée. «Nous avons adapté tous les nouveaux développements à l'échelle pilote», explique Battaglia. «Pour la production dans une «gigafactory», par exemple celle de notre partenaire de projet Northvolt, avec une capacité de production annuelle de plusieurs gigawattheures de batteries, toute la production de matériaux devrait être multipliée par 1000.» Pour cela, l'industrie doit s'impliquer.

Les chercheurs de l'Empa se tournent déjà vers le prochain projet européen sur les batteries. Sense avait en effet trois projets frères qui ont été financés dans le cadre du même appel d'offres. «Nous avons créé un cluster pour la recherche sur les batteries et nous échangeons régulièrement des informations», explique M. Kühnel. Les coordinateurs des quatre projets ont maintenant lancé un projet de recherche commun intitulé «Intelligent» dans le cadre du programme «Horizon Europe». L'objectif : développer des cellules haute tension sans cobalt pour les voitures électriques.


Les cellules ont ensuite été intégrées dans un module prêt à l'emploi, tel qu'il est installé dans un véhicule électrique, avec les composants électroniques et les logiciels associés. Photo : FPT Motorenforschung AG

Le projet Sense
Le projet «Horizon 2020» Sense (orthographié «SeNSE») avait pour objectif de développer la prochaine génération de batteries lithium-ion et de renforcer l'industrie européenne des batteries. Ce projet d'une durée de quatre ans a été soutenu par l'UE à hauteur de dix millions d'euros et dirigé par l'Empa. Il a réuni les institutions universitaires suivantes : l'université de Münster, l'institut Helmholtz de Münster, l'université britannique de Coventry, l'institut autrichien de technologie (AIT) et le centre de recherche sur l'énergie solaire et l'hydrogène du Bade-Wurtemberg (ZSW), ainsi que plusieurs partenaires industriels : le fabricant suédois de batteries Northvolt, le centre d'innovation suisse de FPT Industrial, FPT Motorenforschung AG, les start-ups françaises Solvionic et Enwires ainsi que le groupe chimique Huntsman, dont le site de recherche se trouve à Bâle.