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De bonnes nouvelles pour les voitures électriques : grâce à la recherche, l’essai des batteries pourrait être fait en quelques semaines plutôt que sur plusieurs années

Passer dix ans à faire des essais pour savoir si les batteries destinées aux voitures électriques dureront dix ans est l'un des plus grands obstacles auxquels sont confrontés les fabricants de batteries et les constructeurs d'automobiles. Le problème est encore plus aigu quand il s'agit de réseaux électriques et d'appareils médicaux, car dans ces cas, les batteries doivent durer 30 ans ou plus.

Heureusement, il y a de l'espoir. Un expert des batteries de premier plan de la Dalhousie University a proposé un moyen de réduire le temps d'essai à quelques semaines, permettant ainsi aux entreprises d'économiser des millions de dollars.

La commercialisation de cette solution est l'objectif d'un partenariat de recherche de 11,2 millions de dollars auquel participent Jeffrey Dahn de la Dalhousie University, 3M Canada, Magna E-Car Systems, General Motors du Canada, Nova Scotia Power et Medtronic, un fabricant d'appareils médicaux. Ces travaux de recherche recevront des fonds de 3,6 millions de dollars sur cinq ans du Partenariat automobile du Canada (PAC), ainsi que des contributions en espèces ou en nature (matériel et ressources) de 4,9 millions de dollars des partenaires industriels.

L'objectif des travaux est de concevoir des batteries au lithium-ion qui pourront être utilisées dans les secteurs de l'automobile, de la médecine et des réseaux électriques et qui dureront plus longtemps, coûteront moins cher et auront une plus grande puissance.

En outre, la possibilité d'obtenir rapidement des commentaires sur le rendement des nouveaux matériaux à faible coût favorisera l'innovation. L'approche de M. Dahn permettra aux entreprises d'accélérer l'essai des nouveaux matériaux et des nouvelles compositions chimiques, afin de déterminer rapidement si elles peuvent en retirer un avantage concurrentiel.

« Ces travaux donnent à nos collaborateurs la possibilité de mettre plus rapidement à l'essai certains de nos matériaux et produits chimiques de pointe, afin qu'ils évaluent leur rendement lorsqu'ils les utilisent dans des conditions réelles avec leurs piles qui sont plus grosses. Avec cette nouvelle capacité d'essai, nous pourrons déterminer en quelques semaines seulement si les changements chimiques et conceptuels apportés à la pile sont utiles », explique Randy Frank, directeur technique chez 3M Canada qui a déjà commercialisé plusieurs matériaux issus de travaux de recherche réalisés conjointement avec M. Dahn.

L'accélération des essais hâtera aussi le déploiement de batteries plus durables et moins coûteuses, ce qui est essentiel à l'acceptation généralisée des véhicules électriques sur le marché.

« L'Amérique du Nord, et de fait le monde entier, a vraiment besoin de méthodes d'essai améliorées et accélérées pour évaluer les nouvelles technologies au lithium-ion en fonction d'objectifs de rendement et de durabilité des voitures », dit M. Gammage, scientifique en chef chez General Motors du Canada. L'entreprise espère intégrer les leçons qu'elle tire de cette collaboration aux activités de développement qu'elle réalise au centre régional de conception technique canadien, situé à Oshawa, et à ses centres techniques du monde entier.

Transférer les résultats à d'autres secteurs
À titre de l'un des pionniers de la batterie au lithium qui est utilisée aujourd'hui dans les téléphones cellulaires, les ordinateurs portatifs et de nombreux appareils photo numériques, M. Dahn dirige l'une des plus grosses équipes de recherche universitaire sur les batteries et les piles à combustible du monde. Il y a deux ans, son équipe a construit un appareil qui peut mesurer précisément les quantités de lithium trop faibles pour les appareils vendus sur le marché. Ces mesures sont prises pendant quelques semaines et permettent d'estimer de façon exacte combien d'années l'élément de batterie durera et combien de cycles il supportera.

Actuellement, les batteries au lithium-ion utilisées dans les petits appareils portables durent environ quatre ans. Pour les véhicules électriques, elles doivent durer au moins dix ans, supporter plus de 3 000 cycles charge/décharge et résister aux températures extrêmes du Canada.

Les retombées de ces travaux dépasseront le secteur automobile. « Nous avons cinq partenaires qui ne sont pas en concurrence les uns avec les autres; ils peuvent tous partager les progrès. Nous enseignerons nos méthodes à nos partenaires, et notre matériel mènera à la création d'outils commerciaux que les entreprises de divers secteurs industriels pourront utiliser pour développer leurs produits », dit M. Dahn, titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les matériels de piles et de cellules électrochimiques et de la Chaire de recherche industrielle CRSNG-3M Canada sur les matériaux perfectionnés pour accumulateurs.

Les méthodes et les techniques de M. Dahn représenteront pour Medtronic de nouveaux outils de recherche et développement qui lui permettront de perfectionner une gamme d'appareils médicaux, des défibrillateurs aux neurostimulateurs qui sont implantés pour soulager les symptômes de la maladie de Parkinson et de la douleur chronique débilitante.

« Medtronic veut que ces batteries rechargeables durent littéralement toute une vie. La dernière chose que veulent les chirurgiens est d'opérer les gens à répétition pour remplacer les batteries », poursuit M. Dahn.