Le Centre d’excellence en
électrification des transports et
en stockage d’énergie d’Hydro‑Québec

Transcription de la vidéo Processus de fabrication de batterie

• 00:00♪ (musique) ♪
• 00:02La tendance est à l'électrification des transports et Hydro-Québec se place comme un leader mondial en la matière, on développe la batterie du futur ici même à Varennes.
• 00:21Bonjour, Karim. -Bonjour, bienvenue.
• 00:23-Merci, on est au centre d'excellence.
• 00:25Qu'est-ce qu’on fait ici ?
• 00:27-On est au centre d'excellence en électrification de transports et stockage d'énergie, on est sur le site de l'IREQ, ici nous focussons sur la recherche des matériaux pour la batterie, pour l'électrification de transports, les véhicules électriques, les camions, les autobus électriques et pour stocker l'énergie.
• 00:44Et tout à l'heure, on va voir les étapes de fabrication de la batterie tout solide.
• 00:48-Celle sur laquelle vous travaillez plus précisément actuellement.
• 00:51-La batterie lithium-ion, elle a un électrolyte liquide qui n'est pas sécuritaire, mais nous, aujourd’hui, nous focussons sur la batterie tout solide.
• 00:58-Et ça, c’est développé ici.
• 01:00-Oui, développé ici et on va le voir dans nos laboratoires.
• 01:03-Parfait, on va aller voir ça? -Oui, avec plaisir.
• 01:05♪ (musique) ♪
• 01:17-La construction d'une batterie, ça commence ici.
• 01:20c’est quoi l'étape qu’on a ici, Karim ?
• 01:21-c’est la fabrication du matériau de la cathode.
• 01:24-Ca provient de la mine, à peu près, directement.
• 01:26-Pratiquement, donc de la mine, un matériau comme le carbonate de lithium.
• 01:30Donc on mélange avec des ingrédients, ça peut être le fer, ça peut être le cobalt, ça peut être le nickel.
• 01:35Donc on les mélange et là, on passe dans un four.
• 01:40Le four, c’est pour calciner, pour avoir la température idéale pour la fabrication des cathodes.
• 01:45Donc on passe par un matériau avec un mélange, des ressources naturelles, à un matériau final utilisé pour la cathode.
• 01:54-c’est sécuritaire, cette poudre? On est à côté.
• 01:56Est-ce qu'il y a un danger pour nous ?
• 01:58-Nos matériaux, généralement, sont à 100% sécuritaires.
• 02:01Je peux même enlever mes gants, je peux toucher, vous pouvez voir, il a du fer ou du carbonate de lithium.
• 02:08Et une fois que le matériau et la cuisson sont finis, donc ces matériaux qui sont enrobés de carbone, je peux même les toucher.
• 02:15Donc ce sont des matériaux qui respectent l'environnement, ils sont très sécuritaires.
• 02:18♪ (musique) ♪
• 02:26-Donc ça, c’est la salle de nanopoudres.
• 02:29Comment on peut expliquer le fait qu'ils soient habillés comme ça, qu'ils utilisent un bras articulé ?
• 02:33-c’est dans le but d’avoir zéro contact de l'humain avec la particule nanopoudre.
• 02:39Parce que la particule nanopoudre, elle est dangereuse,
• 02:41c’est l'équivalent d'un cheveu divisé par mille, elle peut pénétrer via la peau, ou via la respiration.
• 02:47Donc on a la poudre qui est à l'échelle microscopique, on la broie ici, elle devient, à l'échelle nanoscopique et à partir de cette poudre nanométrique, donc on l'a mise dans un mélangeur pour fabriquer la solution pour la cathode.
• 03:01-Donc cette nanopoudre là, lorsqu'elle est faite ici, on l'amène où ?
• 03:06-La nanopoudre c’est une cathode, cette cathode là va servir à fabriquer la batterie qui est anode, électrolyte et cathode. c’est une composante importante de la batterie qu’on va voir dans la prochaine étape, la fabrication de la batterie.
• 03:22♪ (musique) ♪
• 03:26-Pourquoi on est habillés comme ça ?
• 03:27-Parce que la contamination de l'eau et lithium, ça ne marche pas, donc toute la fabrication des batteries au lithium, ils la font dans des chambres anhydres.
• 03:35-Anhydre, ça veut dire sans humidité, finalement.
• 03:37-Oui, sans humidité.
• 03:39-Donc le sarrau qu’on porte coupe l'humidité,
• 03:41les gains aussi. -La même chose, oui.
• 03:43On se trouve, Karim, dans une pièce où on fait l'assemblage des batteries.
• 03:47On prend le matériau qu’on a fait un peu plus tôt et on va se servir de ça pour rassembler la batterie au complet.
• 03:53-Ca, c’est l'encre qu’on a vue en haut.
• 03:56Donc l'encre, elle est étalée sur l'aluminium.
• 03:58-Donc, ce qu’on voit, qui est noirci, c’est, dans le fond, l'encre qu’on a vue un peu plus tôt, qui se trouve à être étendue sur un papier.
• 04:05-Effectivement, c’est ça, donc ici par un rouleau de cathode, dans le collecteur et l'aluminium, et à partir de ça, cette machine, ce qu'elle fait ici, elle coupe une cathode dimensionnée.
• 04:19-Cette cathode, c’est une composante essentielle de la cellule de la batterie.
• 04:23Il y a l'anode aussi qui est faite, selon le même principe.
• 04:26-Sur le même principe. Dans une batterie on a une cathode, un électrolyte et une anode.
• 04:30Et là on va aller dans l'autre étape:
• 04:32la superposition d’anode, cathode et électrolyte.
• 04:36Tout ça en aluminium, c’est la partie cathode.
• 04:40Tout ça, qui est assemblé de ce côté, le cuivre, c’est l'anode.
• 04:45Et ça, c’est un assemblage et ici c’est le séparateur ou l'électrolyte.
• 04:50Il peut être un électrolyte liquide ou il peut être un électrolyte solide.
• 04:53-Dans le cas présent, ce serait un électrolyte...
• 04:55-Solide ici, parce que c’est un séparateur, il n'y a pas de liquide, on ne voit pas de liquide ici.
• 05:00-Donc là, avec ça, la cellule est complète.
• 05:01-La cellule est complète.
• 05:03♪ (musique) ♪
• 05:10Là on est en train de voir l'habillement, le plastique tout autour, à l'extérieur.
• 05:15-L'enveloppe, finalement. -L'enveloppe, voilà.
• 05:17Et l'enveloppe, elle se fait d'une part et d’autres.
• 05:19Donc la machine ici, vous pouvez voir comment elle fonctionne.
• 05:23-Elle découpe. -Elle découpe.
• 05:24-Elle préforme aussi l'enveloppe.
• 05:27-Et elle met un tape pour protéger qu'il n'y ait pas de court-circuit. Très important.
• 05:32-Entre les deux, entre l'anode et la cathode.
• 05:34-Entre les deux, l'anode et la cathode.
• 05:35Et là, on va la sceller avec deux enveloppes.
• 05:39-Deux enveloppes qui ont été préformées au préalable, et cette machine va sceller...
• 05:45-Va sceller tous les côtés de la batterie, et à partir de ça, on a la dernière étape, c’est la découpe de notre batterie.
• 05:54Donc on a...
• 05:56-Ca, on connaît ça. Ca on a déjà vu ça.
• 05:58-Donc on a une batterie.
• 05:59On peut découper selon les dimensions, par exemple. Regardez.
• 06:03Donc de la cathode qu’on a montrée tout à l'heure jusqu'au produit final. Vous pouvez même la toucher.
• 06:07-Ca, c’est une cellule à proprement parler.
• 06:09-Oui, c’est une batterie complète.
• 06:11-Comme on retrouve dans un téléphone cellulaire...
• 06:14-Ou une voiture électrique, etc.
• 06:16Donc dans les voitures électriques, aujourd’hui, il a ce format plat ou il y a un format cylindrique.
• 06:21-c’est quoi la différence d'une batterie comme ça,
• 06:22en comparaison avec une batterie lithium-ion qu’on retrouve actuellement dans les véhicules électriques, par exemple.
• 06:27-Ce qu’on fabrique ici dans cette pièce anhydre, c’est une batterie solide.
• 06:32Et la batterie solide, c’est que l'électrolyte, il est solide, il n'y a pas de liquide.
• 06:35-100% solide. -100% solide.
• 06:37-Pourquoi ?
• 06:38-Il y a deux points importants: le premier c’est la sécurité parce que toutes les batteries lithium-ion utilisent un électrolyte inflammable.
• 06:45Et l'électrolyte solide est non inflammable.
• 06:47Et en revanche, c’est d’augmenter la densité d'énergie.
• 06:50Donc la batterie solide, on peut doubler la densité d'énergie par au moins deux fois par rapport à la batterie lithium-ion.
• 06:56-Donc on double carrément l'autonomie.
• 06:58-On double carrément l'autonomie.
• 07:00Aussi, le point le plus important, c’est le prix.
• 07:02Nous, on veut diminuer par deux fois le prix.
• 07:04Lithium-ion, aujourd’hui, on parle de 200$ le kWh, on veut aller vers 100$ le kWh.
• 07:09-Pour éventuellement que les voitures soient moins dispendieuses pour les consommateurs.
• 07:13-Voilà c’est ça. c’est ça le plus important.
• 07:15♪ (musique) ♪
• 07:29Karim, on est à quel endroit actuellement ?
• 07:31-Ici on est dans un laboratoire de fabrication de piles bouton en utilisant des boîtes à gants.
• 07:37-OK, c’est quoi précisément, une boîte à gants ?
• 07:40-Les boîtes à gants, généralement, le fait que le lithium, les matériaux, ils ne sont pas stables à l'air
• 07:44humide, etc., donc on utilise des boîtes à gants avec une atmosphère contrôlée comme l'argon ou l'hélium.
• 07:51-OK, donc c’est une chambre où il y a pas d’humidité.
• 07:53-Il y a pas d’humidité, il y a pas d’air pour qu'il y ait aucune contamination avec les matériaux synthétisés.
• 07:59-Et qu'est-ce que Marie-Josée est en train de faire ?
• 08:00-Elle est en train de fabriquer une pile bouton.
• 08:03Une pile bouton, c’est quoi ?
• 08:04c’est l'équivalent d'une pile qu’on a mise soit à l'intérieur des télécommandes, une montre, etc.
• 08:11Il y a une anode et une cathode, mais à l'échelle très petite.
• 08:14-C’est à peu près la même composition qu'une pile qu’on retrouve dans un véhicule électrique.
• 08:18-C’est la même composition pareille, une anode et une cathode, mais juste en petite quantité.
• 08:22Pourquoi ?
• 08:23Pour avoir la réponse sur le nombre de cycles la performance rapidement.
• 08:29Et aussi pour ne pas gaspiller les matériaux parce qu’on utilise juste quelques milligrammes au lieu des kilogrammes, au lieu des tonnes.
• 08:34-Et éventuellement, après avoir recueilli des données,
• 08:36ça va permettre de concevoir une batterie plus grosse.
• 08:39-Ca veut dire qu’on peut faire l'extrapolation de la petite batterie avec la grosse batterie, et ça donne les mêmes résultats.
• 08:44-Ca semble assez minutieux, assez précis, comme travail.
• 08:47-Oui, c’est assez minutieux et le plus important pour la santé et sécurité de nos employés, nos techniciens, nos chercheurs, etc., vous pouvez voir, à l'intérieur des gants noirs, il y a trois couches.
• 08:58Il y a les mêmes gants, comme ceux-là, il y a des gants de type plastique et les gants en caoutchouc. Pourquoi ?
• 09:04Pour éviter toute contamination du produit envers la peau du technicien ou du capital humain.
• 09:11-Parce que le lithium, ça peut être problématique pour la santé.
• 09:14-Le lithium est problématique, et aussi, le lithium, si on le touche avec de l'eau, par exemple, ou avec la sueur, ça produit de l'hydrogène et ça produit même un feu.
• 09:23Donc la santé sécurité, c’est notre ADN, c’est très important.
• 09:27♪ (musique) ♪
• 09:33-Je me trouve actuellement dans une salle de cyclage, une salle entièrement sécurisée anti-explosion, et j'ai ici à côté de moi, un appareil de cyclage qui permet de charger et décharger à répétition une cellule de batterie.
• 09:46On peut exposer les cellules à toutes sortes de conditions, jusqu'à moins 40 degrés Celsius, une température qu’on retrouve parfois au Québec, ou même jusqu'à 80 degrés Celsius pour vraiment exposer la cellule à des températures carrément extrêmes.
• 09:59On peut aussi faire varier la puissance, la tension, mais aussi le nombre de cycles.
• 10:05Il y a ici des cellules de batteries qui sont testées depuis plus de 4 ans et qui ont enduré plus de 15 000 cycles de charge et de décharge, tout ça pour provoquer un vieillissement prématuré et s'assurer que la batterie qui va se retrouver dans votre véhicule électrique puisse répondre à vos attentes.
• 10:19♪ (musique) ♪
• 10:24Qu'est-ce qu’on a ici, précisément ?
• 10:25-Ici, on est dans un bunker pour tester la sécurité d'une batterie.
• 10:29La sécurité d'une batterie est très importante, en particulier dans une voiture électrique.
• 10:33En revanche, on peut avoir un accident, ça, c’est un choc, ou il peut y avoir un morceau qui peut pénétrer la batterie, etc. -Transpercer la batterie.
• 10:44-Donc nous, ce qu’on simule, on simule soit l'accident, soit la pénétration du clou dans la batterie, et cette batterie, on va voir si elle est sécuritaire ou non.
• 10:52-Là, ce qui est impressionnant aussi, c’est que c’est très sécurisé ici.
• 10:55-Oui, c’est très sécurisé parce que la batterie, elle peut prendre feu et il peut y avoir une explosion de la batterie.
• 11:01♪ (musique) ♪
• 11:04-Quel est le test précisément qu’on fait ici ?
• 11:06-c’est un test selon une norme internationale, donc on charge la batterie et on fait un test de clou.
• 11:12-Donc c’est un clou qui va carrément aller transpercer la cellule.
• 11:16♪ (musique) ♪
• 11:26-Mais en revanche, la batterie lithium-ion, dans une batterie optimisée pour une voiture électrique, elle reste toujours sécuritaire, par rapport à une voiture à essence ou a diésel.
• 11:36-Parce que là, ce qu’on a, c’est une batterie lithium-ion.
• 11:38-c’est une batterie unitaire, ça veut dire que c’est une batterie unitaire...
• 11:41-Une cellule, un peu comme j'avais dans les mains.
• 11:43-Voilà, dans une voiture électrique, aujourd’hui, on parle de près de 7000 cellules.
• 11:47Ces cellules-là sont faites en série en parallèle et on les stocke dans une boîte sécuritaire avec une circulation de liquide de partout.
• 11:55-C’est ce qui permet d'offrir une bonne sécurité pour les voitures électriques qui circulent actuellement sur les routes. -Je suis complètement d’accord.
• 12:01-OK, si on fait un résumé, la batterie lithium-ion, il y a des dispositifs qui sont placés autour de la batterie, autour de la cellule pour éviter qu'elle soit dangereuse, finalement, alors que la batterie à électrolyte solide, elle est sécuritaire dès le départ.
• 12:14-Dès le départ. Ca, ça veut dire quoi ?
• 12:16Ca veut dire qu’on peut alléger le parc et le module et aussi les coûts. Donc on va diminuer les coûts parce qu’on ne va pas investir dans les protections de la sécurité.
• 12:26♪ (musique) ♪
• 12:33-Karim, j'en reviens pas encore de ce qu’on a vu aujourd’hui, ce que tu nous as fait découvrir, vraiment le savoir, on l'a ici, dans notre cour arrière.
• 12:40-Oui, je suis d’accord, donc on a vu aujourd’hui la qualité de notre capital humain, nos installations, on travaille fort pour la batterie tout solide du futur, qu'elle soit fabriquée au Québec.
• 12:50♪ (musique) ♪