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Brevets et licences

Une puce intelligente pour sécuriser les batteries au lithium

Secteur industriel en pleine expansion, les batteries lithium-ion (Li-ion) disposent désormais d'un nouvel outil capable d'améliorer leur sécurité. En mesurant différents paramètres de la batterie Li-ion à laquelle elle est intégrée, la nouvelle puce savante de Rachid Yazami apporte des informations déterminantes sur son état de santé.

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De l'électronique mobile aux voitures électriques, en passant par l'aéronautique et l'espace, les batteries Li-ion sont partout. Inventée au tournant des années 80, la technologie s'est développée de façon fulgurante et a inondé le marché : près de 15 milliards d'unités ont été produites en 2014. Trustant le secteur, les batteries Li-ion rencontrent encore peu de concurrence. Depuis quelques temps, une alternative pointe son nez. Basées sur le sodium, élément abondant et omniprésent à l'échelle du globe, les batteries sodium-ion sont pour l'heure trop massives et encombrantes pour véritablement concurrencer les batteries Li-ion sur le marché des appareils électroniques nomades. Mais l'annonce, en fin d'année 2015, du premier prototype d'une batterie Na-ion de format 18650 mis au point par le réseau RS2E pourrait bien relancer la donne… De leur côté, les batteries Li-ion suivent également une (r)évolution. Tout comme l'amélioration de leurs capacités de stockage, la sécurité des batteries Li-ion est au cœur de la préoccupation des industriels et fait l'objet de nombreuses recherches. En effet, certaines batteries peuvent présenter des défaillances et s'enflammer inopinément.

Rachid Yazami, directeur de recherche au CNRS et détaché auprès de la Nanyang Technological University à Singapour, vient de mettre au point une nouvelle puce savante qui analyse en temps réel l'état de santé de la batterie, intimement lié à la sécurité. Inventeur, en 1980, de l'anode en graphite, il est un des pères de la batterie lithium rechargeable. Sa nouvelle puce, insérée au cœur de la batterie, diagnostique en temps réel tout dysfonctionnement. Là où ce composant électronique va plus loin que ses concurrents, c'est qu'il possède un puissant système de calculs capable de collecter et traiter en simultané trois variables - le courant, la tension et la température - pour les convertir en entropie et enthalpie. L'inventeur a nommé cette technologie « entropimétrie ».

Entropie et enthalpie constituent les composantes de l'énergie libre d'un système. L'entropie en reflète l'état de désordre thermodynamique. En vieillissant, la batterie perd de sa puissance et de ses performances énergétiques à cause de la dégradation des matériaux d'anode et de cathode. A la manière de l'électrocardiogramme, l'entropimétrie livre des informations cruciales sur la batterie, sa sécurité, son état de charge et l'énergie dont elle dispose. Tout dysfonctionnement observé par la puce multi-capteurs occasionnera un signal d'alerte, qui entraînera l'isolement de l'élément défectueux pour éviter toute réaction en chaîne.

Compatible avec tout type de batterie au lithium, y compris ses variantes, cette puce accroît également ses capacités de diagnostic au cours de son fonctionnement et des données accumulées. Autre innovation apportée par cette puce : indexer la charge de la batterie à son état de santé, une fonction inexistante jusqu'à présent. En procédant de la sorte, ce sont la durée de vie, le coût de fonctionnement et l'impact écologique des batteries Li-ion qui se trouvent optimisés. Pas moins de douze brevets ont été déposés sur la technologie « entropimétrie » mise au point par Rachid Yazami, dont 10 en copropriété avec le CNRS.

Face à un marché industriel en constante recherche de systèmes toujours plus sûrs, fiables, durables et écologiques, cette puce constitue un véritable tournant et une solution tangible s'inscrivant dans la transition énergétique.

Diagramme entropie/ enthalpie/ état de charge d'une batterie au lithium.
En rouge : courbe 3D entropie/enthalpie/état de charge ; En violet : courbe entropie/état de charge ; En bleu : courbe enthalpie/état de charge ; En vert : courbe entropie/enthalpie ; En jaune : état de charge (SoC).

 

Contact :
Rachid Yazami / rachid@pmail.ntu.edu.sg