Conférencedébat 14 h 30 Etat de l art de la technologie à ions lithium

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1 BATTERIES POUR VÉHICULES ÉLECTRIQUES ET APPLICATIONS RÉSEAUX : ENJEUX ET DÉFIS de 14h30 à 17h00 Organisateur : Jean-Marie TARASCON Membre de l Académie des sciences Conférencedébat 14 h 30 Etat de l art de la technologie à ions lithium Académie des sciences Jean-Marie TARASCON, Laboratoire de réactivité et chimie des solides (LRCS), Université de Picardie Jules Verne, Amiens 15h00 Technologie polymère et accumulateurs à ions lithium : disponibilité et coût du lithium Michel ARMAND, CNRS, Université de Picardie Jules Verne, Amiens 15 h 30 Transport électrique et véhicules électriques François ORSINI, Technocentre Renault, Guyancourt Grande salle des séances Palais de l Institut de France 23, quai de Conti Paris 16 h 00 L équation accumulateurs - énergies renouvelables - applications réseaux Stéphane LASCAUD, Recherche et Développement EDF 16 h 30 Discussion RĖSUMĖ : L approvisionnement et la gestion de l énergie sont plus que jamais au centre de nos préoccupations quotidiennes et représentent une priorité socio-économique majeure. Un des principaux défis des prochaines décennies est, sans aucun doute, le développement de nouvelles technologies pour le stockage électrochimique de l énergie afin de mieux gérer les ressources en énergie de notre planète. De nombreux espoirs reposent aujourd hui sur les accumulateurs à ions lithium qui envahissent le marché des portables et qui apparaissent comme étant le meilleur choix pour les véhicules électriques, et, peut-être pour les applications réseau. Ils font aujourd hui la une de beaucoup de journaux, mais quelle est la réalité derrière tout cela?

2 Jean-Marie TARASCON, Laboratoire de réactivité et chimie des solides (LRCS), Université de Picardie Jules Verne, Amiens Etat de l art de la technologie à ions lithium Outre le marché de l électronique portable, les batteries à ion-li sont fortement considérées pour le transport électrique ainsi que pour maximiser l utilisation des énergies renouvelables intermittentes. Cette technologie a connu, durant les deux dernières décennies, des avancées remarquables avec notamment l arrivée des nanomatériaux, qui ont fait que sa densité d énergie a doublé. Malgré ces progrès, une alternative hautement efficace au stockage de l énergie électrique et impérativement peu polluante reste encore à trouver et demeure clairement un des enjeux majeurs du 21 e siècle. Relever ce défi nécessite une recherche innovante de matériaux associée à une quête de nouveaux concepts. Certains aspects de cette recherche faisant appel à i) l élaboration de matériaux d électrodes via des procédés écoefficaces, ii) à l utilisation de matériaux d électrodes organiques renouvelables, iii) à l utilisation de nouvelles chimies (Li-air) seront décrits.

3 Michel ARMAND, CNRS, Université de Picardie Jules Verne, Amiens Technologie polymère et accumulateurs à ions lithium : disponibilité et coût du lithium Un système tout-solide est le souhait ultime pour le stockage de l énergie, garantissant la stabilité des matériaux et interfaces ainsi que la sécurité. Cependant, contrairement à l électronique, le transfert d ions (Li + ) entre électrodes s accompagne de variation de volume, et oriente le choix vers un électrolyte de type «plastique». De telles propriétés physiques permettent de plus une très grande productivité (extrusion, épandage). Les polyéthers sont capable de dissoudre des sels et assurent un continuum de solvatation. Ce concept de «solvant immobile» fait appel à la notion de volume libre permettant le déplacement des ions. La faible constante diélectrique de ces milieux a nécessité de concevoir des charges négatives basées sur le nouveau concept de l ultra-délocalisation, et les sels correspondants sont aussi largement utilisés pour des liquides ioniques. Le fonctionnement des batteries polymères requiert néanmoins des températures minimum de 60 C, et donc destinées au véhicule électrique ou «plug-in hybrid». Dans le domaine des applications où la densité d énergie n est pas critique, mais le prix, les systèmes au sodium sont parfaitement acceptables (énergies renouvelables), il est nécessaire de poursuivre toutes les approches pour des matériaux abondants et à faible empreinte carbonée.

4 François ORSINI, Technocentre Renault, Guyancourt Transport électrique et véhicules électriques Alors que l automobile utilise depuis plus d un siècle les énergies fossiles comme principale source d énergie, l épuisement progressif des réserves de pétrole, allié à une forte volonté de réduire les émissions de CO 2, stimule considérablement le développement des véhicules électriques. Ainsi Renault a décidé de commercialiser dès 2011 des voitures 100% électriques qui utiliseront des batteries de nouvelle technologie (Li-ion) comme stockage d énergie. L exposé balaiera les principales technologies de batterie pour se focaliser sur les systèmes Li-ion aujourd hui les plus prometteurs à court et moyen terme. Les contraintes automobiles seront évoquées pour souligner l importance des aspects sécurité, durabilité, fiabilité, recyclabilité, sans oublier les performances (autonomie, puissance) et le coût global d utilisation. En plus des applications purement électriques, les véhicules hybrides seront également abordés pour mettre en relief les différences existant parmi toutes ces applications (du 12V start-stop jusqu au véhicule électrique, en passant par divers degrés d hybridation).

5 Stéphane LASCAUD, Recherche et Développement EDF L équation accumulateurs énergies renouvelables applications réseaux L'électricité se stocke plus difficilement qu'elle ne se transporte, ce qui a conduit à concevoir et à exploiter en temps réel les réseaux électriques pour maintenir l'équilibre offre-demande. Hormis pour des applications en site isolé ou insulaire, le stockage d'énergie électrochimique reste utilisé de manière marginale. Toutefois, depuis une décennie, de nouvelles technologies de batteries au sodium et au lithium, avec de hautes performances et des durées de vie adéquates, commencent à être utilisées pour gérer l'intermittence des énergies renouvelables photovoltaïque et éolienne et offrir de nouveaux services aux réseaux électriques. Depuis l'application chez le client jusqu'au poste source, l'exposé retracera les fonctionnalités, les technologies en cours d'expérimentation et en cours d'exploitation, et soulignera les challenges techniques et économiques à relever pour renverser le paradigme cher aux électriciens: "l'électricité ne se stocke pas".