Les spin-offs de l'ETH développent des batteries plus performantes

Pour réduire nos émissions de CO₂-Pour réduire les émissions de CO2, nous devons électrifier de nombreux domaines de la vie et stocker les énergies renouvelables issues du vent et du soleil. Pour cela, il est indispensable de disposer de batteries qui soient non seulement performantes, mais aussi recyclables et durables. En effet, la croissance fulgurante de la demande de batteries s'accompagne d'une augmentation des besoins en matières premières rares comme le lithium. Les spin-offs de l'ETH BTRY et 8inks ont identifié ce problème et travaillent sur la batterie du futur en appliquant des méthodes de production et des procédés de fabrication inédits.

Aussi fin qu'un film plastique

Les batteries lithium-ion traditionnelles, telles qu'elles sont actuellement intégrées dans les smartphones ou les ordinateurs portables, ont un électrolyte liquide à l'intérieur. Cette caractéristique rend les batteries sensibles aux variations de température, ce qui les rend par exemple facilement inflammables en cas de températures trop élevées. De plus, les batteries traditionnelles mettent un certain temps à se recharger.

Moritz Futscher et Abdessalem Aribia, les deux fondateurs de BTRY, ont donc mis au point une batterie à l'état solide composée de couches minces, ce qui permet de réduire plusieurs fois le temps de charge. Les deux chercheurs renoncent totalement aux liquides, tant dans le processus de fabrication que dans les composants de leur batterie. Les batteries à l'état solide, telles que BTRY les développe actuellement, ont le grand avantage d'être très résistantes aux variations de température. Elles peuvent donc être utilisées aussi bien à des températures très élevées, par exemple dans des capteurs qui détectent les fuites de vapeur, qu'à des températures très basses, comme c'est le cas pour le transport de médicaments.

Les collaborateurs du spin-off fabriquent la batterie à l'aide d'un procédé de revêtement spécial issu de la fabrication de semi-conducteurs. Des cellules de batterie ultrafines sont empilées les unes sur les autres sous vide. Cette méthode unique permet de recharger rapidement la batterie terminée en une minute environ. De plus, la structure de la batterie promet une durée de vie environ dix fois plus longue que celle d'une batterie traditionnelle. Les couches sont si fines que le produit fini, qui ressemble à une feuille, est plus fin qu'un cheveu. "Actuellement, nous utilisons encore des machines à l'échelle du laboratoire pour la production de nos batteries, et nos batteries avaient la taille d'une tête d'épingle en laboratoire. Mais d'ici deux ans environ, nous aimerions avoir mis en place notre propre production pilote en Suisse et devenir à long terme un fabricant mondial de batteries", explique Moritz Futscher. Les batteries devraient être utilisées dans tous les domaines possibles : que ce soit dans les capteurs de l'Internet des objets, dans l'électronique de divertissement ou dans l'aérospatiale.

Un nouveau procédé de revêtement comme standard industriel

Le spin-off de l'ETH 8inks se distingue en revanche des autres fabricants de batteries par sa nouvelle technologie de production. Avec celle-ci, elle souhaite remplacer la norme de fabrication des batteries lithium-ion établie depuis 30 ans et restée en grande partie inchangée, le procédé dit de la filière à fente. Paul Baade, le fondateur de 8inks, a développé une technique appelée "revêtement rideau multicouche" (en anglais "Multilayer-Curtain-Coating"). En appliquant plusieurs couches plus fines du matériau actif dans lequel sont stockés les ions de lithium, il est possible d'adapter le procédé de revêtement sur mesure à chaque spécification. Gr?ce à la diversité de l'épaisseur ou des propriétés du matériau des différentes couches, le procédé aide entre autres à la mise à l'échelle des batteries à l'état solide. Un autre avantage de son procédé est qu'il permet d'accélérer considérablement la vitesse de revêtement de l'électrode de la batterie et qu'il est donc parfaitement adapté à la demande croissante.

Actuellement, les collaborateurs de 8inks testent différents formats, des piles-boutons aux piles dites "de poche", telles qu'elles sont intégrées dans les smartphones. La technologie doit devenir évolutive, jusqu'à une échelle industrielle plus grande, par exemple pour les batteries des voitures électriques. "Avec notre procédé de fabrication, nous voulons construire des solutions pour le stockage des énergies renouvelables. C'est la seule fa?on de répondre à long terme à l'énorme augmentation de la demande de batteries performantes", explique M. Baade. A l'avenir, 8inks souhaite s'être établi sur le marché au point que sa technologie soit devenue un nouveau standard dans la fabrication de batteries.

Exploiter le potentiel du marché suisse des batteries

Les deux spin-offs envisagent leur avenir en Suisse. La proximité de la recherche et des dipl?més universitaires bien formés permettent aux fabricants de batteries de notre pays de mettre sur le marché des produits (de niche) de haute qualité.

Pour BTRY, qui produit ses batteries sous vide en utilisant une technique de fabrication issue de la production de semi-conducteurs, la Suisse est un site particulièrement attractif, car le pays est connu pour son industrie du vide. "Il existe même l'expression "Vacuum Valley", qui désigne la vallée du Rhin de Saint-Gall. De nombreuses entreprises actives dans les segments de la technologie du vide, de la fabrication de semi-conducteurs et des procédés de revêtement y sont implantées. Nous pourrons ainsi exploiter les synergies et le savoir-faire déjà existant", explique Moritz Futscher.

Paul Baade de 8inks voit lui aussi l'avenir de son entreprise en Suisse : "Lorsqu'il s'agit d'excellents procédés de production, nous pouvons nous appuyer sur une très bonne base dans notre pays. De nombreuses entreprises développent précisément le matériel ou les pièces d'appareils de haute qualité avec lesquels nous pourrons construire et commercialiser nos systèmes de production à long terme."

Une production préservant les ressources

La durabilité joue un r?le central dans les deux spin-offs. Il s'agit notamment d'un système de stockage du CO₂-processus de fabrication neutre, utilisant le moins possible de matières premières comme le cobalt ou le lithium. Abdessalem Aribia, cofondateur de BTRY, explique : "Il existe certes certaines dépendances vis-à-vis de l'étranger, si l'on pense par exemple aux matières premières limitées comme le lithium. En même temps, chez BTRY, nous nous effor?ons d'utiliser à moyen terme des matériaux plus durables et de réduire ainsi également notre dépendance vis-à-vis des producteurs étrangers". Le spin-off de l'ETH 8inks, quant à lui, maintient les dépenses énergétiques aussi faibles que possible gr?ce à une production sur mesure et peut en même temps éviter un gaspillage inutile de matériaux. En outre, ils essaient par exemple de réduire autant que possible la part des solvants. Les deux spin-offs montrent que durabilité et efficacité peuvent aller de pair - une voie prometteuse pour l'avenir.