Technologie quantique et IA : la clé pour des applications de seconde vie sûres pour les batteries lithium-ion
Méthode d'essai rapide et innovante pour la détermination précise de l'état des batteries à usage industriel
Pour promouvoir la durabilité de l'électromobilité et améliorer l'efficacité des ressources, l'upcycling des batteries lithium-ion prend de plus en plus d'importance. Les efforts se concentrent sur le ralentissement des cycles des matériaux en réutilisant les batteries usagées des véhicules électriques pour de nouvelles applications au lieu de les transférer directement dans des processus de recyclage. Malgré son potentiel réel de conservation des ressources, l'upcycling n'a pas encore été adopté en raison de difficultés techniques et économiques. Toutefois, une équipe de chercheurs a mis au point une méthode pratique qui combine une méthode de mesure à grande vitesse et l'intelligence artificielle (IA) pour surmonter ces obstacles.
Est-il possible de réutiliser efficacement et en toute sécurité les batteries des véhicules électriques, et quels sont les défis techniques et économiques à relever ? Cette question est au cœur du projet de recherche "QuaLiProM" financé par le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF). Une équipe de projet interdisciplinaire s'est donné pour objectif scientifique de déterminer la puissance résiduelle et la durée de vie restante des batteries lithium-ion usagées de manière non destructive, rapide et sûre. Leur objectif est de permettre une approche fiable et économiquement viable de l'utilisation secondaire des cellules de batteries, ouvrant ainsi la voie à un recyclage durable des batteries.
Quelle est la santé d'une batterie ? État des connaissances et défis actuels pour déterminer l'état d'une batterie
Les batteries lithium-ion se dégradent au fil du temps, tant pendant leur stockage que pendant leur fonctionnement. Cette dégradation se manifeste par une perte de capacité et une augmentation de la résistance interne, ce qui entraîne une baisse progressive de la production d'énergie et des performances globales. L'état de santé d'une batterie est généralement défini à l'aide de l'état de santé (SoH), un paramètre qui décrit l'ampleur du vieillissement de la cellule par rapport à son état d'origine.
La détermination précise du SoH est essentielle pour évaluer les performances de la batterie et estimer sa durée de vie restante. Cependant, la réalisation de cet objectif présente plusieurs défis, qui sont actuellement abordés par le biais de diverses méthodes expérimentales. Les mesures électrochimiques, telles que les tests de cycle ou la spectroscopie d'impédance électrochimique, sont couramment utilisées pour déterminer des paramètres clés tels que la capacité résiduelle et la résistance interne dans les cellules vieillies. Toutefois, la signification de ces méthodes est limitée en l'absence de référence aux valeurs de performance initiales des nouvelles cellules. En outre, ces techniques nécessitent un contact électrique direct avec les cellules, ce qui les rend inadaptées aux diagnostics rapides. En outre, cette approche traditionnelle ne fournit que des informations sur l'état global de la cellule, sans pouvoir localiser les défauts ou les points chauds de charge.
Contrairement à ces méthodes conventionnelles, la magnétométrie atomique offre une approche révolutionnaire pour la détermination rapide, rentable et précise de la SoH des cellules lithium-ion à l'aide de capteurs quantiques à base de diamant. Dans le domaine de la recherche sur les batteries, il a déjà été démontré que cette méthode permet de mesurer avec précision la magnétisation des cellules de batterie en fonction des conditions. Les capteurs quantiques ont notamment démontré leur capacité à détecter les défauts, les impuretés et l'état de charge. Sur la base de ces résultats prometteurs, le projet "QuaLiProM" s'est concentré sur le développement d'une méthode de mesure à grande vitesse qui intègre la magnétométrie atomique et l'intelligence artificielle. L'objectif est de permettre la classification des cellules de batteries en fonction de leur SoH pour des applications industrielles.
Une méthode d'essai rapide et innovante pour déterminer avec précision l'état des piles pour une utilisation industrielle
Pour développer la méthode de test rapide, le projet "QuaLiProM" soumet les cellules lithium-ion à une dégradation accélérée par le biais de tests de vieillissement cycliques. Les données de mesure électrochimiques recueillies au cours de ces tests servent de base de données pour identifier les mécanismes de vieillissement dominants. L'enregistrement et l'évaluation de ces données permettent d'obtenir des informations précises sur l'état et les performances restantes des cellules. Les cellules de batterie vieillies sont ensuite examinées plus en détail à l'aide de la magnétométrie atomique. Le capteur quantique utilisé dans cette méthode de test mesure le champ magnétique des cellules avec une grande précision en observant le spin d'un centre de vacance d'azote dans un diamant. Ce défaut émet un nombre variable de particules de lumière en fonction du champ magnétique environnant. Ces cartographies fournissent des informations précieuses sur les anomalies potentielles dans les cellules des batteries. Cette méthode non destructive ne nécessite pas de cycles de charge et de décharge qui prennent du temps, ce qui la rend tout à fait adaptée à l'intégration dans les processus de production de cellules, ainsi qu'aux applications de recyclage ou d'upcycling. L'un des principaux objectifs du projet est de faire passer cette méthodologie du niveau du laboratoire à l'échelle industrielle.
Pour l'analyse des cartographies du champ magnétique basée sur l'IA, des méthodes innovantes d'apprentissage profond sont employées pour identifier des caractéristiques, appelées "caractéristiques de santé", qui présentent une corrélation évidente avec le SoH des cellules. Ces caractéristiques permettent de classer les cellules en fonction de leur état de vieillissement, c'est-à-dire saines, dégradées ou défectueuses. L'objectif principal est de détecter les cellules dégradées mais encore fonctionnelles qui ne peuvent plus être utilisées dans les véhicules électriques en raison d'une capacité insuffisante. En développant des stratégies de recyclage adaptées et en explorant de nouvelles applications de seconde vie dans des domaines moins exigeants, le projet vise à promouvoir l'utilisation durable et économe en ressources des cellules de batteries. En outre, il cherche à accélérer leur transfert vers l'industrie.
Partenaires du projet
- Industrial Dynamics GmbH (coordinateur)
- Sekels GmbH
- Battery Dynamics GmbH
- Nehlsen AG
- Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Groupe des technologies quantiques appliquées
- Institut Fraunhofer pour les technologies de fabrication et les matériaux avancés IFAM
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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