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En remplaçant le toit, le capot et les portières d’une voiture par des éléments en fibre de carbone constituant la batterie, Vovlo estime qu’un véhicule pourrait être allégé de 15 % tout en disposant de 130 km d’autonomie supplémentaire. L’illustration ci-dessus montre également que ces batteries, en réalité plus proches de supercondensateurs, peuvent se recharger via le secteur sur une borne de charge, ou encore se régénérer lors des freinages et décélérations du véhicule. © Volvo
Les véhicules 100% électriques peinent toujours à convaincre, essentiellement en raison de leur autonomie et de leur prix encore élevé. Pour augmenter l'autonomie, il faut nécessairement plus de batteries, donc plus de poids, avec comme conséquence beaucoup d'énergieénergie dépensée ne serait-ce que pour déplacer cet ensemble. Ainsi, la berline Model S de Tesla est capable d'atteindre une autonomie de 500 km, mais l'automobileautomobile pèse plus de 2 t.
Face à ce casse-tête, les scientifiques s'évertuent à trouver des technologies permettant d'alléger les batteries, de les rendre plus performantes et également plus rapides à charger. Sur cette problématique, la solution avancée par un collectif de laboratoires de recherche et de constructeurs, menés par l'Imperial College of London, est séduisante. L'idée consiste à réduire le poids des batteries en les intégrant dans les éléments de la carrosserie (toittoit, capot, portières, coffre, etc.) du véhicule. C'est l'institut de recherche Swerea Sicomp de Mölndal en Suède qui a élaboré ce concept de batteries dites « structurelles ».
Volvo a réalisé des tests grandeur nature de ce concept de « batteries structurelles » sur sa S80. La barre anti-rapprochement, qui permet d’éviter les déformations de la coque de l’automobile et augmente sa rigidité, a été remplacée par une structure équivalente composée de fibre de carbone. Plus léger et tout aussi solide, cet élément intègre directement la batterie. © Volvo
Pour ces éléments de carrosserie, les matériaux employés pour l'anodeanode et la cathodecathode sont constitués de résine de polymèrepolymère et de nanotubesnanotubes de fibre de carbone. L'électrolyte, quant à lui, est réalisé à partir de fibre de verre. L'ensemble peut être moulé et adapté au design du véhicule. La fibre de carbonefibre de carbone est très largement employée pour sa robustesse et sa légèreté, et depuis quelques années les chercheurs ont découvert sa capacité à stocker de l'énergie et à la délivrer à la manière d'un supercondensateur. Ainsi, des scientifiques de l'université Stanford aux États-Unis ont déjà mis au point des batteries souples en trempant du textile dans une solution de carbone, puis en ajoutant des particules d'oxyde de manganèsemanganèse. Pour ce qui est des éléments de carrosserie, la fibre héberge les ionsions lithiumlithium que l'on retrouve dans la plupart des batteries actuelles. Une fois adapté à la voiture, ce type de batterie-carrosserie se recharge classiquement sur secteur, ou, comme dans un grand nombre de véhicules électriques, par le passage du moteur en mode générateurgénérateur lors des décélérations ou des freinages.
Un allégement de 15 % et 130 km d'autonomie en plus
Volvo, partenaire de ces travaux de recherche, a mené des tests grandeur nature sur une S80. Le constructeur a intégré la batterie comme garniture intérieure du capot du coffre, et a également modifié la barre anti-rapprochement qui est située près du parebrise en haut du logement moteur. Cet élément habituellement en acieracier est donc remplacé par cette batterie en carbone qui lui confère : solidité, légèreté et énergie supplémentaire.
D'après ses calculs, le constructeur suédois considère qu'en substituant les éléments de carrosserie qui constituent le toit, le capot moteur et les portières, par ces composants en fibre de carbone, l'autonomie pourrait atteindre 130 km de plus et le véhicule perdrait 15 % de poids. En exploitant ce système et en ajoutant quelques batteries supplémentaires, le gain en autonomie par rapport au poids est alors séduisant. Le constructeur est optimiste et prédit que cette invention pourrait être intégrée sur certains modèles de véhicules électriques d'ici trois ans et demi.
par Sylvain Biget, Futura
le 23 octobre 2013
