Hydro-Québec transporte et distribue de l’électricité. L’entreprise est le plus grand producteur d’électricité au Canada et l’un des plus grands producteurs d’hydroélectricité du monde.

Par leurs travaux sur les matériaux avancés, les chercheurs de l’Institut de recherche d’Hydro-Québec (IREQ) travaillent au développement de nouveaux matériaux pour les batteries, notamment sur les sels fondus, le phosphate de fer-lithium et les nanotitanates.

Trois principaux objectifs :

– Amélioration de la performance
– Réduction des coûts
– Augmentation de la sécurité

Les efforts d’innovation d’Hydro-Québec portent à la fois sur les batteries de puissance et sur les batteries d’énergie. Ces batteries sont sécuritaires et intègrent des matériaux respectueux de l’environnement et recyclables.

Cette technologie pourrait bien répondre à la problématique des énergies éoliennes, hydroliennes, photovoltaïques… à savoir la question, non résolue à ce jour, du stockage de masse de l’électricité afin de la rendre disponible quand les besoins l’exigent.

 

 

– Pour accroître la stabilité et la sécurité des batteries au lithium-ion et en réduire le coût, une solution très prometteuse consiste à utiliser une cathode en phosphate de fer-lithium.

Un accumulateur lithium fer phosphate dit accumulateur LFP (ou batterie LFP) couramment appelé simplement “accumulateur LiFe” est un accumulateur lithium-ion dont la cathode est faite en phosphate de fer lithié.

Le lithium est un métal alcalin (symbole Li). Comme tous les métaux alcalins, le lithium métallique réagit facilement avec l’air et avec l’eau. Il est pour cette raison conservé dans de l’huile minérale pour le préserver de l’air.
C’est l’élément solide le plus léger. Utilisé à 30% pour réaliser des verres et des céramiques, à 22% pour les piles au lithium et des batteries au lithium, à 11% pour les graisses lubrifiantes et à des taux moindre pour les matériaux comme la métallurgie, la chimie fine (pharmacie).

Une batterie lithium-ion, ou accumulateur lithium-ion est un type d’accumulateur lithium.
Ses principaux avantages sont une énergie massique élevée (deux à cinq fois plus que le nickel-hydrure métallique par exemple) ainsi que l’absence d’effet mémoire. Enfin, l’auto-décharge est relativement faible par rapport à d’autres accumulateurs.

– En ce qui a trait à l’électrolyte, dont le rôle est de conduire le lithium-ion entre l’anode et la cathode, l’utilisation des sels fondus donne de très bons résultats.

– Pour ce qui est de l’anode, l’Institut de recherche travaille sur les nanotitanes en vue d’augmenter la durée de vie et la performance des batteries.

Schéma simplifié d’une batterie avec une cathode en LiFePO4

 

 

Avantages :

Par rapport aux batteries Li-ion classiques de technologie LiCoO2, elles ont certes une densité d’énergie légèrement inférieure mais qui reste 3 fois supérieure à celle d’une batterie plomb.

Elles supportent beaucoup plus de cycles de recharge ce qui leur donne une grande longévité, avec de plus une résistance interne qui diminue au lieu d’augmenter avec le vieillissement.

Il n’est pas non plus nécessaire de privilégier les charges partielles.

Elles supportent des ampérages élevés ce qui leur permet à la fois de fournir beaucoup de puissance et d’être rechargées rapidement.

Elles ont beaucoup moins de risques d’incendie et peuvent être utilisées jusqu’à une température de 70°C.

La stabilité de la tension qu’elles fournissent est très élevée pendant presque toute la décharge. Elles sont moins polluantes et peuvent aussi être stockées sur une longue période.

Fonctionnement d’une batterie :

 

 

Caractéristiques des batteries

Batterie de puissance

Cathode : phosphate de fer-lithium (LiFePO 4 )
Anode : nanotitanate (Li 4 Ti 5 O 12 )
Énergie : 67 Wh/kg
Puissance : 8000 W/kg
Nombre de cycles : 30000 (Un cycle consiste en une décharge et une recharge).
Durée démontrée de recharge complète : 4 minutes (Batterie d’une capacité de 16 kWh avec une borne de recharge rapide).

Applications :
• Véhicule hybride (HEV)
• Véhicule hybride rechargeable (PHEV)
• Autobus
• Camion, vélo et scooter électriques
• Stockage
• Station de charge pour PHEV et EV

Batterie d’énergie

Cathode : phosphate de fer-lithium (LiFePO 4 )
Anode : graphite naturel (NG)
Énergie : 100 Wh/kg
Puissance : 2000 W/kg
Nombre de cycles : 2000 (Un cycle consiste en une décharge et une recharge).
Durée démontrée de recharge complète : entre 30 et 180 minutes (Batterie d’une capacité de 16 kWh avec une borne de recharge rapide).

Applications :
• Véhicule électrique (EV)
• Véhicule hybride rechargeable (PHEV)
• Autobus, camion, vélo et scooter électriques
• Outils

Une implantation en France

Élie Saheb, vice-président exécutif – Technologie à Hydro-Québec, et Alain Rousset, président de la région Aquitaine ont signé, vendredi 4 juillet, à Montréal, une entente sur le soutien à la R&D sur les matériaux de batterie.

Cette entente pose les bases du déploiement, à Lacq (Béarn), du projet industriel porté par Powertrend Energy Conversion.

Le géant de l’énergie nord américain, Hydro-Québec et son outil de recherche l’Institut de Recherche Hydro-Québec (IREQ) ont choisi, à l’issue de quatre ans d’instruction du dossier, de s’associer avec une TPE tout juste créée à Lacq, Powertrend Energy Conversion, pour transférer une des innovations de l’Institut Hydro-Québec, dans le but, à terme, de produire des batteries issues d’une technologie révolutionnaire, et ce pour toute l’Europe. Les acteurs impliqués Alstom, Schneider Electric, l’Université de Pau, l’Enit…

Dans un premier temps, “la phase 1 du projet qui durera jusqu’en 2017 va mobiliser 50 M€ d’investissement et génèrera 150 emplois” assure Denis Lagourgue. Powertrend, qui a loué des bureaux au sein de Chemparc, va d’abord créer, d’ici la fin de l’année, un laboratoire de recherche dédié au stockage de l’énergie.

La phase 2 du projet, qui doit, à partir de 2017, permettre l’industrialisation de la production de batteries, devrait, elle, mobiliser au moins 400 M€ et générer, à terme, environ 600 emplois supplémentaires.