La durée de ce programme est de un an.

Oséo Innovation a accordé, le 7 juillet 2009, un nouveau contrat d’Aide à l’Innovation à SCPS, pour ses travaux de développement de l’accumulateur nickel-zinc (NiZn).
Ce financement est par ailleurs abondé par la DGA (Délégation Générale de l’Armement), qui suit également avec intérêt toutes les lignes de R&D de SCPS.

Le programme en cours, qui a été lancé en 2007, est destiné à adapter la technologie nickel-zinc déjà définie par SCPS, pour répondre aux exigences très spécifiques de l’application aux véhicules hybrides.
La démonstration a dès à présent été apportée de l’aptitude du NiZn à être un système de puissance (et de forte puissance), dans des configurations appropriées.
Les évolutions mises au point par SCPS, en coordination avec plusieurs grands acteurs français et allemands du secteur automobile, valident la technologie SCPS pour divers types de véhicules aussi bien électriques qu’hybrides.

Des travaux d’optimisation sont maintenant engagés afin d’aboutir à des prototypes qui conjuguent au mieux les caractéristiques du NiZn, et apportent une alternative nouvelle, économique, sûre et performante.

Ce programme de R&D, qui a déjà bénéficié d’un appui financier de la DGA (Délégation Générale de l’Armement, Ministère français de la Défense), est maintenant accompagné par Oséo dans le cadre d’un contrat d’Aide à l’Innovation conclu le 17 avril 2009.

La phase engagée a en particulier pour objet de faire officiellement tester et valider la sécurité de fonctionnement de ce système. Celui-ci, grâce aux caractéristiques nouvelles apportées par la technologie SCPS, devrait à l’avenir cesser d’être cantonné au seul domaine militaire, et trouver des applications civiles, industrielles et grand-public.

Les systèmes de batteries proposés aujourd’hui ne répondent pas idéalement à l’ensemble des critères techniques, environnementaux et économiques imposés par les marchés et les législations.

Les partenaires du projet ANZAS constatent que, pour ces applications, des efforts de R&D importants sont consacrés aux accumulateurs au lithium et, à moindre niveau, aux accumulateurs nickel-hydrures métalliques.

Mais le coût élevé des matières premières utilisées par ces systèmes (cobalt pour le Li-ion, terres rares pour le NiMH), la disponibilité limitée de certains de leurs composants (carbonate de lithium), et la difficulté de leur recyclage, plaident pour une politique de développement de systèmes alternatifs.

Un tel système existe : l’accumulateur NiZn, qui met en oeuvre des composés facilement recyclables, dont les matières premières ont des sources d’approvisionnement sûres, abondantes, et largement réparties sur le globe. C’est aujourd’hui devenu un système économique et performant.
En batteries industrielles, les coûts complets européens au kWh, toutes choses égales par ailleurs, se situent à environ 300 € en NiZn, 390 € en NiCd, et 580 € en NiMH. Quant à ceux des batteries Li-ion, dont la production répondrait aux mêmes hypothèses de base, ils se situeraient à plus de 1.000 €.

D’un point de vue technique, les accumulateurs NiZn SCPS ont été testés dans de multiples conditions d’utilisation, et par divers fabricants et utilisateurs de batteries. Ces tests démontrent tant l’aptitude au cyclage que celle au régime de floating.

Pour les partenaires, les concepts mis en œuvre à travers la technologie SCPS constituent la base solide et démontrée pour faire du système NiZn un produit capable de répondre aux exigences des marchés stationnaires, les avantages de la batterie NiZn (performances, coût, absence de métaux lourds, sécurité, recyclage…) faisant même de ce système une solution de choix.

Applications stationnaires concernées :

• Le stockage des énergies renouvelables

La production électrique photovoltaïque ou éolienne est intermittente, et en général non simultanée avec la demande du consommateur. Le stockage de l’énergie produite permet de gérer ce décalage, et constitue même dans certains cas une nécessité technologique ou économique. Le stockage trouve à s’appliquer de l’électrification de sites isolés à l’écrêtage de pointes de puissance sur un réseau électrique.

• l’alimentation sans interruption est destinée à l’alimentation électrique d’équipements divers en cas de coupure de la fourniture par le réseau.

Les batteries de secours sont censées être en « floating » permanent (maintien en charge à tension constante ou sous faible courant constant), et n’être déchargées qu’en cas de panne exceptionnelle du réseau.
Mais le fonctionnement imparfait de certains réseaux (déréglementations, pays en voie de développement, suites de catastrophes naturelles) conduit à des conditions d’exploitation plus sévères : décharges hebdomadaires, voire journalières dans les pays en développement ; les batteries vieillissent alors autant du fait du cyclage que du fait du floating.

HELION conçoit et fournit des solutions clé en main de générateurs électriques et thermiques de moyenne et de forte puissances, aptes à répondre aux besoins des marchés à forte valeur ajoutée, tels que l’énergie stationnaire décentralisée, l’industrie navale et le transport urbain.
La principale retombée scientifique et technique attendue par Hélion du programme ANZAS est une nouvelle démonstration de faisabilité technico-économique de la filière d’électrification hybride Energie Renouvelable – Batterie NiZn – Pile à Combustible.

SAFT, leader de la fabrication des batteries nickel-cadmium pour usages industriels, a développé des compétences technologiques qui pourraient s’avérer utiles dans la phase d’industrialisation du NiZn. SAFT est intéressée par les potentialités de la technologie NiZn, en particulier l’absence totale de maintenance : il n’est pas possible aujourd’hui de proposer une nouvelle batterie avec maintenance.

SCPS, centre français indépendant de développement de technologies dans le domaine des accumulateurs et batteries, a mis au point un accumulateur argent-zinc (AgZn) qui offre des performances similaires à celles de l’accumulateur lithium-ion (Li-ion), … mais sans risque d’incendie, et à un coût très inférieur.

Outre l’émergence d’un marché nouveau considérable pour les batteries (5 milliards d’Euros / an), à croissance forte (+ 20% par an), l’électronique portable (téléphones, ordinateurs, organiseurs, caméscopes et appareils photographiques numériques, …) a entraîné des développements technologiques importants dans le domaine des accumulateurs.

Après le nickel-cadmium (NiCd), puis le nickel-hydrure métallique (NiMH), ce marché est aujourd’hui dominé par le système Li-ion.

L’atout majeur des accumulateurs lithium-ion tient à leur tension élevée (3,5 V en moyenne) qui, associée à une capacité massique théorique très élevée du lithium, permet d’obtenir des énergies massique et volumique importantes : gains en poids, en volume, en autonomie, … aidant à faire oublier une infériorité en matière de durée de vie.

Toutefois, l’utilisation d’accumulateurs à forte densité d’énergie et contenant des matériaux aisément inflammables (lithium et solvants organiques), n’est pas sans danger. Cela est aujourd’hui connu du grand public, avec les prises de feu violentes d’ordinateurs portables – et d’avions cargos atterrissant en catastrophe -, et les nombreux rappels de batteries lithium-ion qui accompagnent ces accidents. Déjà affecté par des restrictions touchant à son transport commercial par voie aérienne, l’accumulateur Li-ion est menacé de diverses interdictions bien plus contraignantes (au moins 9 prises de feu dans le domaine aérien en 2005 et 2006).

Divers travaux portent sur le développement de technologies Li-ion plus sûres, notamment sans cobalt dans l’électrode positive, et utilisant des phosphates de fer sous forme nanométrique. Mais le bilan économique est alors dégradé par rapport à un Li-ion avec cobalt, lui-même déjà très coûteux ; et les performances sont fortement réduites : les énergies massique et volumique sont pratiquement divisées par un et demi à deux, par rapport à un accumulateur Li-ion à électrode positive au cobalt.

Même « calmés », et donc moins performants, ces accumulateurs Li-ion doivent malgré tout être contrôlés individuellement pour ne pas entrer dans des conditions de fonctionnement entraînant emballement thermique, prise de feu violente, voire explosion (surcharge, surdécharge, court-circuit).

UNE ALTERNATIVE REELLE

L’AgZn, connu depuis Alessandro VOLTA en tant que pile (non rechargeable), est devenu plus tard un accumulateur (système rechargeable), très performant en énergie (watt-heure) et en puissance (watt), mais inapte à supporter plus de 10 à 50 recharges. Il était, dans ces conditions, limité à un très petit nombre d’utilisations militaires (marine, aviation) peu exigeantes en durée de vie.

SCPS, qui a récemment développé une technologie permettant de décupler la durée de vie en cyclage de l’accumulateur nickel-zinc (NiZn), désormais promis à de larges domaines d’applications industrielles, a appliqué son savoir-faire au système AgZn : ce dernier devient capable de durées de vie supérieures à celles du Li-ion.

Pour ce développement, SCPS a été soutenue par la Délégation Générale à l’Armement (DGA) du Ministère de la Défense, et retient aujourd’hui tout l’intérêt de l’US Army.

SCPS prépare maintenant l’adaptation et l’optimisation de l’AgZn pour applications civiles, en particulier pour l’alimentation de l’électronique portable.

L’AgZn, auquel s’intéressent de plus en plus certains grands de l’électronique mondiale, est maintenant – grâce à la technologie SCPS – en mesure de représenter une alternative particulièrement compétitive face au Li-ion :
> Caractéristiques d’énergie et de puissance semblables,
> Coût de production 2 fois moindre,
> Pas de composé toxique, pas de solvant organique, pas de produit inflammable,
> Recyclage aisé et complet en fin de vie.

L’article décrit l’activité d’une branche spéciale de l’US Army qui se consacre à l’identification et à l’acquisition de technologies étrangères constitutives de solutions pour ses troupes. SCPS et sa technologie NiZn y sont mises en évidence.

Le Lieutenant-Colonel W. Collier SLADE dirige l’International Technology Center-Atlantic. « He found a small French company, SCPS, which has developed a nickel-zinc battery that is more powerful, longer-lasting and more stable than any other comparable battery on the market. The U.S. Army is very interested, but this is a very small company that is reluctant to deal with us because it is scared of losing control of its intellectual property rights », Slade says.