Marion Fuhrmann et Aurélien Hascoat, tous deux ingénieurs chercheurs au département LME, ainsi que Jianqiao Ren, ingénieure chercheuse au Centre EDF R&D Chine, ont récemment publié avec leurs partenaires de l’Université chinoise de Tsinghua dans la revue Measurement, sur leurs travaux concernant le diagnostic de l’état de santé des batteries lithium-ion grâce à une méthode basée sur des ultrasons.
Connaissez-vous les auteurs ?
Aurélien Hascoat est arrivé à la R&D d’EDF en 2013 pour réaliser une thèse sur l’étude du vieillissement des câbles électriques haute tension à courant continu, en collaboration avec l’Université de Montpellier. Depuis 2017, il est ingénieur chercheur. En tant qu’expert de la modélisation de durée de vie des batteries, il a déposé plusieurs brevets sur le diagnostic d’état de santé des batteries à usage automobile.
Marion Fuhrmann est ingénieure chercheuse depuis 6 ans au sein de la même équipe. Elle est responsable du laboratoire Expertise Batteries dédié aux études post-mortem des dispositifs de stockage électrochimique. Ses activités portent principalement sur la compréhension et l'anticipation des mécanismes de vieillissement des cellules lithium-ion, grâce notamment à des méthodes de caractérisation électrochimique et physico-chimique. Elle a déposé plusieurs brevets sur l’estimation, la prédiction et l'amélioration de l’état de santé des batteries.
Jianqiao Ren est ingénieure chercheuse au Centre EDF R&D Chine depuis 2019. Elle est responsable des travaux de recherche sur la biomasse et les batteries (stockage stationnaire et en mobilité, étude de leur vieillissement, recyclage, seconde vie, veille sur les technologies émergentes, coordination de collaborations avec des entreprises chinoises).
En 2019, la R&D d’EDF a initié une collaboration de trois ans avec l’Université de Tsinghua à Pékin, une des meilleures universités du pays, sur le diagnostic rapide de l’état de santé des batteries lithium-ion. Les fruits de cette collaboration ont été présentés lors du séminaire international sur le vieillissement et la sécurité des batteries organisé par la R&D à EDF Lab Paris-Saclay en mai 2023, et font aussi l’objet d’une publication scientifique, parue en août 2023 dans la revue Measurement.
Publication dans la revue Measurement
Une méthode par ultrasons testée pour l'étalonnage segmentaire et l'estimation quantitative de la teneur en électrolyte des batteries lithium-ion
Dans quel cadre s’intègrent ces travaux ?
Les batteries lithium-ion sont devenues incontournables grâce à leur haute densité d'énergie, leur longue durée de vie et leur faible autodécharge pour de nombreuses applications en stockage stationnaire et en mobilité. Le marché de ces batteries est dominé par la Chine qui représente en 2022 75 % des capacités mondiales de production de cellules. Diagnostiquer l’état de santé de ces systèmes complexes au cours de leur utilisation est crucial pour assurer la performance financière et la sécurité des actifs afférents.
Publication
L’électrolyte constitue un élément essentiel de la batterie : la détection de sa quantité résiduelle dans la batterie est primordiale pour surveiller son état et diagnostiquer sa défaillance à l'avance. Ces dernières années, les ultrasons ont été développés comme moyen non invasif de détection et de mesure de l'état des batteries. En effet, les ultrasons ont une forte capacité de pénétration mais ne causent pratiquement aucun dommage à la cellule, ce qui en fait un moyen idéal pour la détection et la mesure non destructive. Cette étude propose une méthode de test par ultrasons pour l'estimation quantitative de la teneur en électrolyte dans les batteries à lithium-ion.
Les résultats expérimentaux montrent qu'il existe une forte corrélation entre l'amplitude des signaux ultrasoniques mesurés et la quantité résiduelle d’électrolyte dans la batterie, avec une incertitude de mesure inférieure à 3 %, ce qui permet d’estimer précisément si la quantité d'électrolyte est suffisante ou trop faible.
Comment EDF va pouvoir utiliser les travaux de cette publication ?
Cette méthode non destructive, rapide et peu coûteuse est applicable aux cellules commerciales souples et prismatiques utilisées pour les projets stationnaires. Elle est prometteuse pour améliorer le suivi de l’état de santé des batteries au cours de leur utilisation, ainsi que pour l’éventuelle seconde vie de batteries de véhicules électriques. Très sensible au phénomène d’assèchement précoce de l'électrolyte, elle pourrait permettre également d’apporter de nouveaux éclairages sur les mécanismes de défaillance des batteries lithium-ion.
Outre ces avancées scientifiques, la collaboration avec la prestigieuse université chinoise de Tsinghua contribue à renforcer le positionnement et la visibilité d’EDF comme acteur majeur de l’écosystème sur les batteries au niveau mondial.
Co-auteurs de la publication
- Sixuan Hou, Mengchao Yi, Fachao Jiang, Languang Lu, Xuebing Han, Xin Lai
- Porteur principal de l'étude : Tsinghua University
- Autres partenaires : University of Shanghai for Science and Technology (USST), Beijing WeLion New Energy Technology Co., Ltd, China Agricultural University
Domaine de la publication : performance des batteries, stockage
Measurement est une revue scientifique à comité de lecture qui couvre tous les aspects de la métrologie. Créée en 1983, elle est publiée par Elsevier.
Impact Factor 2022 : 5.6