Combinant les forces uniques des batteries au lithium avec une charge ultra-rapide, les ultra-condensateurs au carbone pourraient économiser un poids d’une tonne et ajouter une autonomie et une puissance significatives aux véhicules électriques, selon Nawa Technologies. Basée à l’extérieur de Marseille, cette start-up française fascinante travaille sur un nouveau type de batterie qui, selon elle, pourrait offrir d’énormes avantages dans le domaine des véhicules électriques, entre autres.
Le produit phare de Nawa Technologies est un nouveau type d’ultra-condensateur en carbone avec un ensemble d’avantages remarquables par rapport aux cellules de batterie lithium-ion typiques.
Les avantages de l’ultra-condensateur
Pour commencer, en tant que condensateur, ses taux de charge et de décharge sont absolument spectaculaires par rapport aux batteries – jusqu’à 1 000 fois plus rapide. Nous parlons ici de recharger une batterie de voiture entière en quelques secondes, peut-être trois fois plus vite que de remplir un réservoir de carburant fossile.
Et comme il n’y a pas de réaction chimique, simplement une séparation physique des protons et des électrons, la charge ultra-rapide ne provoque pas d’accumulation de chaleur ou de gonflement de la batterie. Cela donne à l’ultra-condensateur de carbone une durée de vie exceptionnellement longue, jusqu’à un million de cycles de charge.
Le taux de décharge monstre de l’ultra-condensateur offre également un autre avantage par rapport aux batteries au lithium. Dans les véhicules électriques haute puissance, le faible taux de décharge des batteries signifie souvent que vous devez augmenter la capacité de la batterie pour améliorer les performances. Le Tesla Model S, par exemple, ne serait pas en mesure d’activer son mode de vitesse Ludicrous avec une batterie plus petite, car les vitesses de décharge lentes des batteries provoqueraient un goulot d’étranglement de puissance. Ce n’est absolument pas un problème avec un ultra-condensateur; ces choses se déchargent assez vite pour produire une énorme puissance avec une très petite batterie.
C’est également très bon marché et simple à fabriquer, en utilisant un processus que le fondateur de Nawa et Directeur de l’exploitation, Pascal Boulanger a décrit comme étant «le même processus que celui utilisé pour créer des panneaux photovoltaïques, éprouvé, efficace et rentable».
Mais ces avantages remarquables ne sont pas le principal moteur de Pascal Boulanger. Il croit que les bénéfices environnementaux du carbone de l’ultra-condensateur sont sa plus grande carte de visite.
«Pour moi, le rêve vient du fait que nous n’utilisons pas de lithium, de cobalt, de métaux des terres rares», explique Pascal Boulanger. « Ces matériaux sont polluants et très compliqués à extraire de la Terre: nous passons d’une société où nous extrayons du pétrole pour le mettre dans la voiture, au même thème, mais en extrayant des métaux et des minéraux pour les mettre dans des voitures électriques. Ce n’est pas bien, parce que nous détruisons notre planète.
«Les ultra-condensateurs de Nawa n’utilisent que du carbone et de l’aluminium, notre carbone provient de sources naturelles et durables, nous n’avons pas besoin de créer des mines et quand j’ai créé Nawa, c’est ce que je voulais promouvoir un moyen réel et durable en construisant des batteries plus sûres et plus propres. «
Pourrait-on faire fonctionner un véhicule complètement sur la technologie de carbone de Nawa ? Oui, répond le PDG de Nawa, Ulrik Grape.
« Pour les gens à la recherche de petites voitures qui sont utilisées principalement pour les petits trajets, comme autour des centres-villes, notre technologie serait parfaite », assure Ulrik Grape. « Vous pouvez rouler de 50 à 100 kilomètres avec uniquement notre technologie, et vous pouvez recharger la voiture en moins de 10 ou 20 secondes, c’est parfait pour une flotte de voitures électriques à partager. »
Mais cette technologie ultra-condensateur a des inconvénients.
Inconvénients et solution hybride
Pour commencer, alors que la densité de puissance (la quantité de puissance produite par unité de poids) est hors des graphiques, la densité d’énergie n’est pas en concurrence avec le lithium. Un ultra-condensateur ne peut contenir que 25% de l’énergie par unité de poids qu’une batterie au lithium peut gérer, donc une batterie de voiture avec le même ultra-condensateur en termes de taille n’aurait qu’un quart de la distance parcourable.
Deuxièmement, les condensateurs aspirent au stockage d’énergie à long terme. Laissez votre voiture chargée dans votre garage, et vous pourriez vous attendre à une fuite de 10 à 20% de votre énergie chaque jour.
L’équipe Nawa croit que le plein potentiel de l’ultra-condensateur, au moins dans le domaine des VEs, se débloque lorsqu’il est combiné avec une batterie au lithium.
Un système de batterie hybride lithium/carbone pourrait offrir le meilleur des deux mondes – conduite continue à longue portée et stockage d’énergie à long terme grâce à l’unité lithium, plus une charge partielle ultra-rapide et une puissance extrême grâce à l’ultra-condensateur.
Ce type de système hybride a un autre avantage caché: le freinage par récupération deviendrait environ 450% plus efficace pour récupérer l’énergie. Les systèmes de re-génération actuels sont obligés de jeter la grande majorité de l’énergie générée par les roues au freinage simplement parce que le lithium se charge si lentement qu’il n’y a aucun endroit où tout peut être mis.
«La plus grande partie de l’énergie du freinage par récupération est perdue sous forme de chaleur, peut-être 80%», explique Ulrik Grape. « Peut-être 20% sont récupérés, les moteurs électriques sont très efficaces pour générer cette puissance, mais la batterie ne peut pas accepter le taux de charge. Si vous combinez notre technologie avec la batterie au lithium, nous pouvons accepter jusqu’à 90% de cette énergie «
Dans une situation de conduite normale, cela pourrait étendre votre rayon d’actions avec les batteries. Dans une voiture de course électrique, ce type de système serait encore plus efficace, stockant presque toute votre énergie de freinage dans un virage, puis le repoussant à une vitesse énorme pour une accélération énorme hors du virage.
« Par exemple, prenons des courses de Formule E, » lance Ulrik Grape. « Si vous regardez les batteries qu’ils ont dans ces voitures, nous avons fait une simulation en utilisant les données d’un partenaire de coopération, et nous les avons analysées. Quand vous combinez notre technologie avec la batterie au lithium, nous pourrions réduire la taille et le poids de la batterie de 300 kg à environ 200 kg – et vous auriez un rayon d’actions plus longue, car nous sommes beaucoup plus efficaces. » Nous sommes à peu près sûrs que nous n’avons pas besoin de souligner quel avantage énorme une économie de poids de 100 kg « pèserait dans la balance » lors d’une course automobile électrique. Cela augmenterait considérablement le rayon d’actions et les accélérations, tout en ajoutant la puissance supplémentaire de cet énorme débit.
Les avantages pourraient également se poursuivre dans les applications de camion électrique.
«Il y a tellement d’énergie à récolter quand un camion est en train de freiner, et les systèmes de récupération d’énergie de ces véhicules ne peuvent tout simplement pas gérer toute l’énergie qui revient», explique Ulrik Grape.
Les autres applications
Il y a beaucoup d’autres endroits où un ultra-condensateur de carbone pourrait être utile. Nawa travaille avec des fabricants d’outils électriques industriels qui considèrent les capacités de charge ultra-rapide et les cycles de vie longs comme des opportunités pour construire des outils plus durables pour une utilisation sur des lignes de production qui se chargeraient en quelques secondes entre les travaux. Ensuite, il y a les robots d’usine et d’entrepôt.
«Nous avons un projet où nous travaillons sur des solutions AGV – des véhicules guidés automatiques comme vous pourriez le voir dans les entrepôts», explique Ulrik Grape. « Ces petites choses robotiques qui tournent autour de ramasser des paquets et les déplacer. Vous pouvez penser à des entreprises comme Amazon ou grands entrepôts. Nous travaillons sur un projet avec un fabricant européen AGV pour démontrer cela dans ce genre d’application «
Les ultra-condensateurs de carbone pourraient également trouver des applications dans une application de type Internet des Objets.
«Dans le domaine de l’IoT, les personnes parlent de capteurs sans batterie», explique Pascal Boulanger. « Vous avez une source d’énergie à l’intérieur des capteurs, et les capteurs doivent prendre une mesure, puis transmettre l’information, vous avez besoin d’un délai très court, notre technologie est absolument fantastique pour cela. »
Et dans le monde de l’automobile, il n’y a pas de limites à la façon dont vous pouvez charger ces choses, ce qui ouvre des idées intéressantes pour la charge inductive. Imaginez simplement conduire votre voiture sur une surface dans une station de recharge, payer pour une recharge et repartir 10 à 20 secondes plus tard. La portée d’une voiture électrique deviendrait presque hors de propos si vous pouviez la charger si rapidement.
« Si vous voulez aller un peu plus loin, vous pourriez imaginer avoir des ultra-condensateurs enterrés sous la surface de la route », explique Ulirk Grape. « Et quand un bus passe, il peut se recharger très rapidement et l’ultra-condensateur lui-même pourrait se recharger plus lentement hors du réseau électrique pendant que le prochain bus arrive. »
Un autre avantage clé: les batteries structurelles
Une dernière chose que nous n’avons pas encore abordée est les propriétés mécaniques exceptionnelles de l’ultra-condensateur de carbone. Il est léger et ultra-résistant, ouvrant la possibilité de construire des ultra-condensateurs dans la structure même d’un objet de manière à ce que le lithium ne puisse tout simplement pas être utilisé.
«Nous avons eu un projet avec Airbus où nous avons testé notre technologie pour voir comment elle agirait d’un point de vue mécanique et pour le stockage», explique Pascal Boulanger. « Nous pouvons intégrer une batterie dans n’importe quelle structure en fibre de carbone. »
« La propriété mécanique de notre électrode est très, très résistante » ajoute Ulrik Grape. » Elle peut être utilisée pour renforcer la structure mécanique d’un composite. Vous pouvez intégrer la batterie dans la coque d’une voiture, le châssis, les portes, le toit, où vous voulez.
En effet, l’idée d’un véhicule sans unité de batterie discrète à proprement parler est tout à fait possible.
Nawa est actuellement en train de tester et de travailler avec des unités prototypes, mais l’équipe affirme qu’au second semestre 2019, l’entreprise disposera d’une ligne de production à grande échelle, non loin de Marseille. Le potentiel de ces ultra-condensateurs ultra-rapides en carbone semble formidable.
http://www.nawatechnologies.com/
