Le vieillissement inévitablement fatal
Les mécanismes de dégradation des cellules lithium-ion
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Salut à tous,
Ce lundi, une réunion qualifiée de “diagnostic” était prévue avec une cheffe de département de chez Renault. L’objectif de cette réunion était de lui décrire nos enjeux critiques pour identifier les pistes de collaboration entre Ambre et la Refactory de Flins.
Une Refactory qui, pour rappel, cherche à positionner Renault comme un acteur majeur de l’industrie circulaire. Et a fortiori, qui tend à maximiser la circularité dans l’industrie automobile, en faisant de Renault un vaisseau amiral de ce futur plus vertueux.
C’est donc sans surprise que Renault s’intéresse aux solution de réemploi des batteries de Renault Zoé, comme celle que nous proposons.
Au cours de cette discussion à bâtons rompus, nous avons appris 2 éléments.
Le premier élément nous a ramenés sur terre : elle nous a en effet appris que nous ne sommes pas les seuls candidats à la réutilisation des modules de Renault Zoé.
D’après cette cheffe haut-placée chez Renault, il y a plusieurs acteurs plus avancés que nous qui cherchent à s’emparer des modules de Renault Zoé en fin de première vie pour leur donner un second usage.
Ce qui, en ses termes, implique que nous allons devoir être les meilleurs si nous souhaitons concevoir un vrai modèle industriel à partir de modules de Renault Zoé de seconde vie. La concurrence sera rude.
Voilà donc qui a mis les pendules à l’heure, mais qui n’est pas pour nous déplaire.
Car nous croyons en notre solution, et nous nous battrons pour en démontrer la pertinence.
Autrement dit, ce premier élément était une piqure de rappel assez utile du niveau de complexité de ce qui nous attend. Mais ce n’est pas de cet élément dont je veux traiter aujourd’hui.
C’est du deuxième élément, qui était une confirmation franche de ce que nous savions.
Ce deuxième élément, c’est que Renault a été surpris par la durée de vie des batteries qui équipent les Renault Zoé. Leur courbe de vieillissement est beaucoup moins sévère que ce qu’ils avaient prévu.
Ça ne nous a pas surpris outre mesure, puisque je vous avais adressé il y a 2 semaines une newsletter hebdomadaire spécifiquement consacrée à l’étonnante durée de vie des batteries de Renault Zoé.
Si vous l’aviez ratée, la voilà :
Mais si je souhaite revenir sur ce sujet, c’est car il me semble intéressant de le creuser un petit peu plus. Et de comprendre le mécanisme qui se cache derrière cette dégradation moins sévère que ce que Renault attendait au sujet des cellules LG e63 utilisées dans les Renault Zoé.
Ce mécanisme, en termes plus savants, c’est le mécanisme du “knee-point”.
(Un mécanisme qu’on peut aussi appeler “point d’inflexion” en bon français.)
Je propose néanmoins de garder l’expression anglaise de knee-point, qui me semble pour une fois plus explicite. Puisque le vieillissement d’une batterie lithium-ion reproduit bien la forme d’un genou.
Pour vous convaincre de la justesse rare de ce nom, je vous laisse observer une courbe de vieillissement habituelle d’une cellule lithium-ion (ou plutôt 6 fois la même courbe), où l’on peut voir qu’au fil du temps et des cycles de charge/décharge, la capacité diminue en formant un genou :
Ce graphe est tiré d’une étude qui s’est spécifiquement essayée à étudier le knee-point d’une cellule lithium-ion.
Cet article est extrêmement intéressant.
Car il a non seulement rassemblé les méthodes de mesure du knee-point les plus utilisées, mais il a aussi essayé d’expliquer les mécanismes d’apparition de ce knee-point.
Et ce qu’on peut tirer de cette tentative de rassembler les mécanismes de vieillissement, c’est qu’ils sont un entremêlas très complexe d’événements inévitablement fatals.
Si je devais résumer ces événements inévitables, voilà ce que j’en dirais :
D’abord, une cellule lithium-ion vieillit à la fois de manière calendaire (c’est-à-dire que le temps fait vieillir une cellule même si elle est au repos total), et de manière cyclique (c’est-à-dire que les cycles de charge/décharge la font vieillir).
Ensuite, tous les éléments de la cellule (électrode positive, électrode négative et électrolyte) peuvent se dégrader de plusieurs manières (dont certaines sont décrites dans la Figure ci-dessous).
Et enfin, toutes ces manières de vieillir sont interconnectées. Une thèse consacrée à ce sujet dit par exemple qu’il “est très rare (voire impossible) qu’à l’intérieure d’une cellule, un seul mécanisme de vieillissement ait lieu à la fois”.
Dès lors, on comprend pourquoi Renault est un peu perdu face au vieillissement de ses batteries.
Car le vieillissement d’une cellule, délimité par l’apparition du knee-point, est extrêmement complexe à modéliser. D’aucuns s’y essaient, évidemment, mais en reconnaissant qu’il est assez difficile de prévoir finement et à l’avance le jour fatal de l’apparition du knee-point.
Alors quoi ?
Eh bien ce qu’il me semble intéressant de tirer de toute cette science du vieillissement des batteries lithium-ion, c’est d’accepter que tôt ou tard, le knee-point finira par arriver.
Et par là même, du jour au lendemain, la capacité d’une batterie de voiture électrique peut sévèrement chuter.
Il est donc important pour nous de ne pas nous bercer d’illusions : nous voulons certes réemployer des batteries de Renault Zoé en fin de vie, mais nous devons accepter qu’au bout d’un certains temps, les batteries de Renault Zoé deviendront inutilisables.
Ça, c’est la première conclusion qu’il faut tirer de cette analyse.
La deuxième est beaucoup plus enthousiasmante : c’est que tant que le knee-point n’est pas arrivé, il ne faut pas se priver de se servir dans ce gisement extraordinaire de batteries en fin de première vie qui vont arriver sur le marché.
D’autant que comme nous le verrons dans le rapport hebdomadaire de ce dimanche que je destine aux membres du Club des Pionniers, ce moment ne semble pas près d’arriver pour les modules de Renault Zoé.
Ce qui représente une formidable opportunité de décarboner les transports à moindre frais.
Il n’y a plus qu’à !
Très bonne fin de semaine,
Julien
P.S. : Voilà à quoi ressemble le nouvel atelier, dans lequel nous venons de déménager et auquel vous êtes conviés si vous passez par Toulouse (8 Gd Rue Saint-Michel, 31400 Toulouse) :
Bonjour Julien, l'étude présentée est-elle identique ou approximativement similaire, quelle que soit la technologie Lithium-Ion ? Ya-t-il un comportement différent suivant les deux les plus répandues : NMC et LFP et quel est-il pour chacune ? Amitiés à tous, Loïc