Le poids des batteries électriques constitue une contrainte pour les véhicules électriques et plus encore pour les engins volants qui ont en plus besoin de beaucoup d'énergie pour la phase de décollage.

Les batteries actuelles peuvent faire voler des drones géants et des taxis volants mais il faudra trouver de nouvelles solutions si l'on veut envisager de faire voler des avions de ligne avec une motorisation électrique partielle ou totale et une charge utile qui ne soit pas totalement consacrée à ses seules batteries.

En remplacement des technologies traditionnelles Li-Ion, la solution pourrait venir des batteries Lithium Sulfure telles que celles en cours de développement par la société britannique Oxis Energy.

Oxis Energy batterie Li Sulfure

Leur intérêt est double puisqu'elles peuvent supporter des densités énergétiques compatibles avec les usages de l'aviation (le double environ des batteries Li-Ion) en conservant leurs propriétés dans le temps (même si l'une des difficultés de leur conception est justement d'éviter leur dégradation précoce) et qu'elles sont beaucoup plus légères, sans oublier l'aspect sécurité.

A titre d'exemple, pendant qu'une batterie au plomb classique stocke 50 Wh/Kg, une batterie Li-Ion peut stocker de 100 à 260 Wh/Kg. Pour une batterie Lithium-Sulfure, la densité se situera plutôt vers 500 Wh/Kg, avec la possibilité d'atteindre 600 Wh/Kg d'ici quelques années.

batterie Li sulfure.

Credit : Chris Philpot

Dans un article publié sur IEEE Spectrum, Mark Crittenden, responsable développement et intégration chez Oxis, explique que les réactions chimiques intervenant dans le cycle de décharge des batteries Li-S sont plus complexes et nombreuses que pour les batteries Li-Ion, créant différents stades avec de multiples molécules intermédiaires, de type polysulfides, se formant et suivant un cycle décomposant Li2S8 en plusieurs éléments avant d'arriver à LiS.

Chaque étage de cette réaction en chaîne libère de l'énergie, jusqu'à épuisement. La recharge de la batterie consiste essentiellement à repasser de LiS à Li2S8. Il faut donc arriver à canalyser les afflux d'énergie apportés par les différentes étapes de la réaction et qui ne forment pas un flux linéraire. Ensuite, comme pour les batteries Li-Ion, l'enjeu est d'arriver à optimiser les cycles de charge / décharge pour limiter la dégradation des batteries.

Les batteries Li-S ne créent pas de dendrites destructrices au fil du temps mais subissent la formation de dépôts de lithium sur l'anode du fait de variations locales du flux électrique qui peuvent finir par réduire ses performances.

Oxis travaille sur des protections en céramique de l'anode qui permettent de limiter ces dépôts tout en conservant une bonne conductivité ionique. L'autre point sensible reste le contrôle du bon fonctionnement des cellules des batteries Li-S avec un système de gestion (hardware et algorithmes) pour homogénéiser les différences de puissance fournies par les cellules et éviter les surchauffes.

Oxis Energy indique avoir déjà produit des centaines de milliers de cellules pour batteries Li-S et la firme prépare deux sites de production en Ecosse (pour la cathode et la solution d'électrolytes) et au Brésil (production complète) avec une mise en production à partir de 2023.

Reste maintenant à faire certifier leur utilisation dans différents engins volants, des taxis électriques à décollage vertical (VTOL) aux avions de ligne proprement dits et à organiser une production qui permettra de tirer les prix vers le bas pour pouvoir entrer dans le modèle économique des concepteurs d'avions et des compagnies aériennes.

Source : IEEE Spectrum