Ce 24 novembre, l’ESRF, le Synchrotron Européen de Grenoble, l’ILL, l’Institut Laue Langevin et le CEA, le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, ont signé un accord de coopération pour créer une plateforme d’excellence sur les batteries (« Grenoble Battery Hub »), basée sur l’utilisation des techniques neutrons et rayons X.
L’objectif de ce partenariat est d’accélérer la R&D pour développer les batteries de demain, plus performantes, plus sûres, plus économiques, plus « vertes ».
Développer les batteries du futur
En 2019, le prix Nobel de chimie a été décerné à John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham et A. Yoshino pour leurs contributions au développement des batteries lithium-ion, une technologie largement utilisée dans les smartphones, les appareils médicaux, les véhicules électriques ou encore les satellites.
Dans le cadre de la transition vers une société neutre en carbone, les batteries sont un élément clé pour aider à développer de nouvelles solutions de stockage d'énergie durables et innovantes, tout en créant de nouveaux marchés et des emplois en Europe. Afin de satisfaire les exigences des consommateurs, ces technologies avancées de batteries doivent répondre simultanément à des critères tels que la puissance et la haute densité énergétique pour des performances et une autonomie accrues, une durée de vie opérationnelle plus longue et l'utilisation de matériaux abondants et faciles à obtenir pour garantir leur faible coût, sans oublier la sécurité et la possibilité de recyclage, conformément aux principes de l'économie circulaire.
Les partenaires fondateurs de la plateforme sur les batteries de Grenoble sont l’ESRF, l’ILL et le CEA. En mutualisant les installations de pointe de deux centres mondiaux de rayonnement synchrotron et neutrons, avec l’expertise historique du CEA dans ce domaine, la plateforme propose une approche holistique et offre à la communauté scientifique continuité, flexibilité, réactivité, et efficacité.
La plateforme entend répondre à la complexité des processus électrochimiques qui se déroulent dans les batteries modernes en utilisant une combinaison unique de techniques qui permettent des expériences dans des conditions de travail réelles, et en développant parallèlement des stratégies d'intelligence artificielle et de machine learning pour optimiser les expériences et traiter l'immense quantité de données qui sera produite.
« Notre avenir dépend de la production, de la gestion et du stockage de l'énergie. Les batteries sont un élément essentiel de toute stratégie durable et respectueuse de l'environnement.Créer un centre d’excellence à Grenoble, en unissant l'expertise du CEA et des instituts de recherche européens ESRF et ILL, est un signe fort pour la communauté scientifique mais aussi pour le développement de programmes pérennes avec nos partenaires industriels, pour inventer les batteries de demain, plus performantes, plus durables. », précise Francesco Sette, Directeur Général de l’ESRF.
"Le développement de nouvelles générations de batteries électrochimiques efficaces, durables et abordables est une étape essentielle sur la voie des énergies sans carbone. Afin de comprendre pleinement les interactions complexes impliquées dans les batteries et d'obtenir des informations permettant de nouvelles avancées, il faut déployer les méthodes expérimentales les plus puissantes et les mieux adaptées pour aider les chercheurs. En combinant les techniques complémentaires inégalées de neutrons et de rayons X disponibles à l'ILL et à l'ESRF avec le savoir-faire scientifique exceptionnel du CEA, une étape majeure a été franchie pour fournir à la communauté scientifique et industrielle européenne de R&D sur les batteries les outils nécessaires pour atteindre cet objectif commun", déclare Jacques Jestin, directeur scientifique de l'ILL.
« Face à la crise climatique, la transition énergétique vers une production et une utilisation massivement décarbonée de l'énergie doit mobiliser toutes les forces. La contribution de technologies de stockage d'énergie électrochimiques innovantes et plus efficaces est essentielle, et les équipes du CEA, en recherche technologique et fondamentale, sont pleinement mobilisées avec leurs partenaires académiques et industriels. Accélérer l'innovation dans ce domaine nécessite une caractérisation avancée, plus précise et plus rapide des matériaux et des systèmes. Aussi, le CEA est très fier d'associer ses experts à ceux de l'ESRF et de l'ILL pour créer le premier cercle d'un projet pilote innovant, le Grenoble Battery Hub. C'est un moment passionnant », indique Stéphane Siebert, directeur de la direction technologique du CEA .
Un partenariat déjà actif
Ce partenariat scientifique a déjà commencé.
A l'ESRF, 19 lignes ou laboratoires dédiés (sur 46 lignes ESRF) sont impliqués, couvrant les expériences 2D/3D, l'investigation in-operando, et fournissant les informations multimodales (chimiques, structurelles, morphologiques, propriétés électroniques, propriétés de transport, etc. ) nécessaires. L'ESRF offre un accès régulier à ses lignes de lumière pour les projets sélectionnés sur la base de l'excellence scientifique.
A l’ILL, de nombreuses techniques différentes sont mises à la disposition de la communauté des chercheurs par le biais du système de propositions scientifiques, qui fait appel à une grande partie des 40 instruments de l'ILL. Les projets à long terme nécessitant l'accès à plusieurs instruments sur une période de 2 ou 3 ans sont également possibles, tout comme l'accès direct et exclusif pour les clients industriels.
Le CEA implique sa recherche technologique, avec le CEA-LITEN, et sa recherche fondamentale avec les Instituts IRIG à Grenoble et IRAMIS à Saclay.
Une cinquantaine de scientifiques sont déjà impliqués dans des projets stratégiques de R&D:
- Études du vieillissement et de la dégradation des composants des batteries, dans le but de comprendre les processus internes des batteries pendant la charge, la décharge et leur vieillissement
- Etudes des performances électrochimiques et des intefaces au sein des batteries, pour améliorer la capacité de stockage, l'efficacité, la durée de vie des batteries et leur recyclage
- Etudes du phénomène d’emballement thermique dans les batteries pour améliorer leur sécurité
- Recherche sur les nouveaux matériaux qui pourraient pallier les inconvénients du lithium-ion dans les batteries.
La plateforme de Grenoble sur les batteries est lancée en lien avec les initiatives européennes « BIGMAP », cofinancée par le programme H2020 de l'Union européenne, et BATTERY 2030+. La prochaine étape est d'ouvrir ce hub à la communauté européenne scientifique et industrielle pour faire avancer la recherche sur les batteries en soutien du plan européen « Green Deal », des objectifs de développement durable des Nations Unies et du plan d’actions stratégiques européen sur les batteries.
Contacts presse :
ESRF - Delphine Chenevier, delphine.chenevier@esrf.fr - +33 (0)6 07 16 18 79
ILL - Françoise Vauquois, vauquois@ill.fr - +33 (0)4 76 20 71 07
CEA - Vincent Coronini, vincent.coronini@cea.fr - +33 (0)6 33 74 16 45