07 novembre 2012

Les avancées du prototype ALTEN de batterie aluminium-air

Le 08 juillet 2011, nous avions publié une actualité présentant le développement d’une batterie aluminium-air par la société ALTEN, un spécialiste de l’Ingénierie et du Conseil en Technologies. Cette batterie a été récemment exposée au 11èmes rencontres de l’Ingénierie et présente de nombreuses évolutions.

Batterie prototype aluminium-air ALTEN

Pour rappel, son fonctionnement repose sur l’utilisation d’une anode en aluminium qui est consommée par oxydation pendant le fonctionnement de la pile. La recharge de la batterie est donc une recharge mécanique, qui s’effectue simplement en remplaçant les anodes consumées par des anodes neuves, ce qui est une spécificité du couple aluminium/air. L’activation de la batterie est obtenue par la circulation d’électrolyte entre les électrodes, qui sert également à évacuer de la batterie les déchets de la réaction ainsi que la chaleur produite.

Les performances optimales de la batterie Al-air sont obtenues dans une plage de puissance relativement étroite. Dans un véhicule électrique, cette technologie est donc particulièrement adaptée à la réalisation d’un prolongateur d’autonomie (range extender) de forte autonomie, en association avec une batterie de traction dite « tampon » (Li-ion classique ou supercapacité). Cette architecture permet un fonctionnement quasi stationnaire optimal de la batterie Al-air et à la batterie de traction de répondre aux sollicitations instantanées de la chaine de traction.

Le cœur de cette technologie est la cathode à air développée par la société israélienne PHINERGY LTD, qui a fait l’objet de nombreux brevets. Elle comporte une membrane entièrement recyclable pour la diffusion de l’oxygène ambiant, mais surtout un catalyseur à base de nanotubes d’argent résultant de plusieurs années de recherche et développement en laboratoire. Sa longévité a été démontrée puisque les prototypes testés en Israël conservent leurs performances après 7000 heures de fonctionnement, un chiffre totalement en adéquation avec la vie d’une voiture.

Le prototype Alten comporte 2 packs de 10 cellules, un BMS (Battery Management System) entièrement spécifique (circuit hydraulique, thermomanagement, électronique de puissance, contrôle commande, etc…), ainsi qu’un réservoir d’électrolyte dimensionné pour l’application visée. L’électrolyte est également caloporteur, refroidi par deux échangeurs, et sa température de fonctionnement est contrôlée au degré près entre 40°C et 75°C, suivant les conditions de fonctionnement. Dans l’état actuel du développement, le fonctionnement (performances et endurance) du prototype Alten a été validé dans des conditions de température ambiante allant de -10°C à 40°C.

Cette batterie délivre jusqu’à 100 A en continu. Sa capacité, directement dépendante de la quantité d’aluminium, est de 35 kWh. Le rendement actuel permet de fournir cette quantité d’énergie pour 10 kg d’aluminium embarqués, les 20 anodes correspondantes pouvant être remplacées facilement en atelier.

La batterie alu-air entre directement en concurrence avec la batterie Lithium-ion et la pile à combustible. L’énergie massique est potentiellement jusqu’à 7 fois supérieur aux technologies lithium ion actuellement disponibles grâce à la densité énergétique élevée de l’aluminium sous forme métallique, et au fait que l’oxygène nécessaire à cette oxydation soit puisé simplement dans l’air ambiant. La technologie est intrinsèquement sûre, sans risque d’explosion des cellules, et la recyclabilité intégrale. Enfin, le système entièrement passif, hors circulation d’électrolyte, élimine tout risque de perte d’autonomie sans limite de durée.

Comparée à la pile à hydrogène, la batterie se recharge d’aluminium, il n’est pas nécessaire d’embarquer un réservoir d’hydrogène, volumineux et d’installation complexe en raison des normes de sécurité nécessaires dans un véhicule. 35 kWh permettant une autonomie moyenne de 280 km, une première estimation, avec le rendement actuel, donnerait un coût kilométrique de 5,30 €/100 km (1,5 € le kg d’aluminium), soit une valeur entre celui d’une voiture électrique et d’une à pile à hydrogène.

Ce projet de production et de stockage de l’énergie a remporté le 25 octobre dernier le Grand Prix National de l’Ingénierie (GPNI) 2012 dans la catégorie Industrie. Ce prix a été remis sous l’égide du Ministère de l’Ecologie du Développement Durable et de l’Energie (MEDDE), du Ministère du Redressement Productif (MRP) et de Syntec-Ingénierie.

  Yvonnick Gazeau

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