Les batteries lithium-ion sont partout : des smartphones et ordinateurs portables aux voitures et même aux satellites. Il s’agit actuellement de notre technologie de batterie la plus aboutie. Pourtant, ce n’est pas idéal pour de nombreuses applications. Les batteries lithium-ion perdent de leur capacité à chaque cycle de charge et de décharge, se chargent relativement lentement et ne fonctionnent bien que dans une plage de température étroite.

Selon les chercheurs Abdessalem Aribia et Moritz Futscher du laboratoire Couches minces et photovoltaïque de l’Empa, il est temps de repenser la technologie des batteries. Par rapport à d’autres technologies existantes ou en développement, leur batterie solide à base de lithium métal présente des avantages significatifs : elle peut être chargée et déchargée en une minute, dure environ dix fois plus longtemps qu’une batterie lithium-ion et est insensible à la température. fluctuations.

De plus, contrairement aux batteries lithium-ion, elles ne sont pas inflammables – un avantage majeur, car les batteries rechargeables actuelles sont considérées comme des matières dangereuses. Une manipulation incorrecte ou des dommages à une cellule lithium-ion conventionnelle peuvent provoquer un incendie libérant des gaz toxiques et extrêmement difficiles à éteindre. « En revanche, si vous coupez notre batterie avec des ciseaux », explique Aribia, « vous obtiendrez simplement deux batteries deux fois moins bonnes. »

Aribia et Futscher souhaitent désormais commercialiser cette technologie prometteuse. Avec le directeur du laboratoire Yaroslav Romanyuk, ils ont fondé une spin-off appelée BTRY (prononcer « batterie »). Aribia, qui assume le rôle de CTO chez BTRY, n’avait jamais pensé auparavant à créer sa propre entreprise. Le PDG Moritz Futscher, quant à lui, s’intéresse aux startups depuis qu’il est étudiant. Les deux chercheurs travaillent ensemble depuis des années sur le projet de batterie et forment une équipe bien établie. « Nous sommes convaincus que notre produit peut offrir une réelle valeur ajoutée », déclare Futscher.

Fabrication de haute précision

La nouvelle batterie est une batterie dite à semi-conducteurs à couche mince. La technologie elle-même n’est pas nouvelle : de telles batteries sont connues depuis les années 1980. Cependant, en raison de la très faible masse de leurs composants en couches minces (la cellule entière n’a que quelques micromètres d’épaisseur), ils n’ont jusqu’à présent pu stocker que très peu d’énergie. Futscher et Aribia ont réussi à empiler les cellules à couches minces les unes sur les autres, augmentant ainsi leur capacité.

Cela rend la batterie très prometteuse pour les applications commerciales. Les cellules à couches minces sont fabriquées par revêtement sous vide : les matériaux souhaités sont atomisés dans une chambre à vide pour former des atomes individuels, qui sont ensuite déposés en une couche précisément contrôlée sur le substrat cible. « De telles méthodes de fabrication sont actuellement utilisées à grande échelle dans la production de puces semi-conductrices et de revêtements de verre », explique Futscher. « C’est un avantage pour nous, car les machines et le savoir-faire nécessaires à la fabrication de nos batteries sont déjà en grande partie en place. »

La méthode de fabrication de haute précision présente un avantage supplémentaire : « Contrairement à la méthode traditionnelle de production de batteries, notre méthode n’utilise pas de solvants toxiques », explique Aribia. Cependant, cela rend également la batterie à couche mince plus chère. Les chercheurs voient donc son application principalement dans les produits dans lesquels la batterie ne représente qu’une petite partie du coût global de l’appareil – par exemple dans les smartphones et les montres intelligentes ou dans les satellites. « Dans ce cas, les avantages de notre technologie compensent largement le prix plus élevé », déclare Aribia.

Recherché : investisseurs

Les chercheurs ne sont pas les seuls à croire que leur produit présente un grand potentiel. BTRY a été soutenu par Innosuisse et est devenu l’incubateur d’entreprises de l’Agence spatiale européenne (ESA). En outre, Aribia a reçu une bourse d’entrepreneur de l’Empa, qui soutient de jeunes chercheurs souhaitant créer une entreprise.

Mais avant que les premières batteries à couches minces ne soient lancées dans l’espace ou n’alimentent les smartphones en électricité, il reste encore beaucoup de travail à faire, tant sur le plan administratif que technique. Entre-temps, les deux fondateurs utilisent les équipements et les installations du Coating Competence Center de l’Empa pour créer des prototypes de batteries plus grands et plus puissants afin de montrer aux investisseurs potentiels que la technologie mérite d’être soutenue.

Au cours des deux prochaines années, les chercheurs souhaitent augmenter à la fois la surface de la batterie et le nombre de couches. « Actuellement, nos batteries sont constituées de seulement deux couches d’environ 1 × 3 millimètres », explique Aribia. « Ensuite, nous voulons fabriquer une batterie d’environ un centimètre carré avec deux ou trois couches. Nous ne pouvons pas encore alimenter un satellite avec cela, mais nous pouvons très bien montrer que notre technologie est évolutive. »

Accompagnement des créateurs de start-up

L’Empa Entrepeneur Fellowship est attribuée aux chercheurs de l’Empa qui souhaitent fonder une start-up sur la base de leurs recherches. Les bourses sont attribuées sur une base compétitive et comprennent un soutien financier pendant douze mois. Les spin-offs et start-up de l’Empa bénéficient d’un soutien supplémentaire dans les deux incubateurs d’entreprises Glatec à Dübendorf et Startfeld à Saint-Gall.