Accumulateur Zinc-air pour Transport ElectriQUE – AZTEQUE

Le véhicule électrique a besoin, pour assurer son succès, d’une batterie à faible coût, à haute énergie massique, sûre, recyclable et sans impact négatif sur l’environnement. L’accumulateur zinc-air rechargeable électriquement est l’un des seuls à pouvoir répondre à ce cahier des charges. Son aboutissement permettrait de proposer une alternative crédible aux batteries lithium-ion pour limiter le risque batterie essentiel pour le développement du VE.
Le projet AZTEQUE vise à développer une batterie zinc-air rechargeable électriquement, capable de fonctionner avec de l’air ambiant sans traitement de décarbonatation. La batterie AZTEQUE sera également capable de répondre à des appels ponctuels de puissance grâce à une hybridation interne réalisée avec une troisième électrode de puissance . Cette hybridation améliore également le rendement énergétique en cyclage. Cette technologie a l’avantage d’avoir un faible coût (potentiellement proche de la batterie au plomb), de présenter une énergie massique élevée, de n’utiliser que des matériaux très abondants (zinc, potasse, carbone), de fonctionner en milieu aqueux, sans produits toxiques, ni produits inflammables (pas de solvant organique) offrant toutes les garanties de sécurité.
La forme primaire, non rechargeable, est produite en très grande quantité, notamment pour les prothèses auditives, avec des capacités massiques et volumique très élevées (> 440 Wh/kg et > 1600 Wh/L). Par contre, la technologie rechargeable n’a jamais été commercialisée du fait, principalement, de sa durée de vie très limitée (de l’ordre de 100 à 200 cycles). Les principaux verrous limitant le cyclage de cette batterie sont, d’une part, la formation de dendrites de zinc et, d’autre part, la mauvaise stabilité de l’électrode à air pendant la phase de recharge. Sa durée de vie est également limitée par la carbonatation de l’électrolyte liquide et la précipitation de sels carbonatés dans l’électrode à air par réaction avec le CO2 de l’air.
La société SCPS a développé une électrode de zinc capable de cycler de 800-1500 fois dans la technologie nickel-zinc. Cette électrode sera utilisée comme base pour développer une électrode à haute énergie surfacique. Parallèlement, EDF a élaboré une électrode à air réversible supportant plusieurs milliers de cycles en milieu KOH. Une membrane anionique sous forme de réseau interpénétré de polymère stable en milieu KOH aqueux concentré sera développée par le LPPI et Solvay pour être intégrée à l’électrode à air. Cette électrode à air composite autorise un fonctionnement avec de l’air ambiant sans carbonatation, mais devra réduire également les échanges d’eau avec l’environnement, facilitant ainsi la gestion de l’eau. L’efficacité de ce concept a déjà été démontrée par le LPPI et EDF en milieu LiOH avec de l’air non traité. Les premiers essais de faisabilité réalisés à EDF sur des cellules zinc-air de capacité (3Ah) ont montré que les électrodes de zinc SCPS pouvaient être utilisées avec les électrodes à air EDF dans une cellule rechargeable électriquement – plus de 500 cycles ont été obtenus.
L’objectif du projet AZTEQUE est de combiner ces innovations et de démontrer le potentiel de cette batterie sur un démonstrateur zinc-air rechargeable électriquement de 30 Ah (6V). Cette batterie devra montrer des performances stables sur plusieurs centaines de cycles avec un objectif de 800 cycles minimum. Elle devra fonctionner avec de l’air ambiant sans système auxiliaire de décarbonatation. La possibilité de produire industriellement une batterie de capacité massique de 120 Wh/kg capable d’effectuer 800 cycles pour un coût cible de 100-150 €/kWh sera démontré. Une étude technico-économique alliée à une analyse de cycle de vie menée par un grand constructeur automobile et un leader des matériaux et recyclage des batteries (Peugeot-Citroën SA et Umicore) permettra de préparer une industrialisation tout en respectant les dernières directives européennes dans le domaine.