La nouvelle batterie Ultium de GM a été conçue en pensant aux applications de seconde vie. (Image: GM)

Les batteries ne sont pas mortes à la fin de leur vie utile dans un véhicule électrique.

Les batteries lithium-ion réutilisées ou de «seconde vie» ont encore beaucoup de jus, mais jusqu’à présent, le concept d’utilisation de ces batteries dans des applications stationnaires n’avait pas encore été sérieusement envisagé. De nouvelles recherches, l’intérêt croissant de l’industrie automobile et un écosystème de startups en expansion suggèrent que cela pourrait enfin changer.

« Il y a certainement une augmentation du nombre d’entreprises qui essaient de développer ce potentiel et qui le prennent au sérieux, et je pense que nous connaissons les principaux obstacles qui subsistent », a déclaré le chercheur du MIT, Ian Mathews, qui a récemment publié une étude sur le développement de l’industrie des batteries de seconde vie couplés à des installations solaires.

Les batteries de VÉ sont généralement remplacées après avoir perdu environ 20% de leur capacité, ce qui signifie qu’il reste encore jusqu’à 80% de capacité pouvant être utilisée pour des applications d’entreposage d’énergie. Exploiter la durée de vie restante de la batterie permet de réduire les coûts d’exploitation de réseaux d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre, mais cela comporte plusieurs défis.

Le rééquipement des batteries lithium-ion en vue de leur réutilisation nécessite des tests et des mises à niveau approfondis pour garantir que le produit soit fiable. Le marché naissant des batteries de seconde vie a également besoin d’un approvisionnement régulier en batteries, de clients et d’un accès au financement pour croitre.

Les solutions sont à portée de main, considérant le nombre croissant de startups technologiques et de grands constructeurs automobiles travaillant pour faire progresser l’utilisation des batteries de seconde vie alors que les ventes de VÉ continuent d’augmenter.

Dane Parker, directeur du développement durable chez General Motors, a déclaré récemment dans une interview que la création d’une chaîne d’approvisionnement circulaire pour les batteries de VÉ est l’un des principaux efforts de l’entreprise pour réduire son empreinte environnementale. Il a déclaré que GM a conçu ses nouvelles batteries Ultium en pensant aux applications de seconde vie et travaille actuellement avec des partenaires pour développer la façon de rentabiliser la réutilisation des batteries.

« Nous pensons en fait que c’est très viable », a-t-il déclaré à propos des batteries de seconde vie. « Si vous les concevez avez cet objectif cela devient beaucoup plus facile à intégrer plus tard. Et c’est notre objectif dès maintenant. »

Les constructeurs automobiles sous pression pour générer de la valeur de leurs batteries usagées

GM n’est pas le seul constructeur de véhicules électriques à examiner attentivement l’utilisation de la batterie de seconde vie. Nissan a été l’un des premiers grands constructeurs automobiles à intégrer des batteries de VÉ de seconde vie dans une installation de stockage dans un réseau dès 2015. Cette même année, BMW a testé des batteries usagées dans le cadre d’un projet pilote de 18 mois en partenariat avec Pacific Gas & Électrique.

Toujours en 2015, Daimler AG a annoncé son intention de construire une unité de stockage de batteries de seconde vie de 13 mégawattheures dans une usine de recyclage à Lünen, en Allemagne. La filiale de Daimler, Mercedes-Benz Energy, s’est associée l’année dernière à Beijing Electric Vehicle, l’un des plus gros fabricants de véhicules électriques de Chine, pour construire un réseau de stockage d’énergie utilisant des batteries de véhicules électriques retraitées.

Bien qu’elle ne se soit pas aventurée directement dans le stockage d’énergie, la start-up américaine de camions électriques Rivian a conçu ses batteries dès le départ pour rendre la réutilisation en fin de vie aussi simple que possible. Le fabricant d’autobus électriques Proterra a adopté la même approche.

Les constructeurs automobiles sont vraiment intéressés aux potentielles applications de batterie de seconde vie parce qu’ils savent la valeur potentielle des batteries en leur fin de vie. Ils sont conscients que le coût du recyclage va être énorme pour eux s’ils sont mandatés pour recycler ces batteries, ce qui est déjà le cas dans certains pays.

La Chine et la Californie ont déjà des politiques de recyclage des batteries de VÉ en place ou en cours d’élaboration. La réutilisation des batteries de VÉ permet aux constructeurs automobiles non seulement de générer des revenus supplémentaires, mais aussi de retarder le moment où ils devront démonter les batteries et recycler les matériaux.

Le potentiel économique des batteries de seconde vie

Les constructeurs automobiles ne sont pas les seules entreprises à s’intéresser aux batteries de seconde vie. Un nombre croissant de développeurs de projets commencent également à considérer le stockage de batteries de seconde vie comme un moyen de réduire les coûts d’investissement à l’échelle commerciale et pour les réseaux énergétiques. Cela marque un changement par rapport aux applications de batteries résidentielles plus petites.

Une étude publiée dans Applied Energy par Mathews et cinq autres chercheurs du MIT a conclu que les batteries lithium-ion pourraient avoir une seconde vie rentable en tant que stockage de secours pour les installations solaires photovoltaïques dans un réseau énergétique, où elles pourraient fonctionner pendant une décennie ou plus dans un rôle moins exigeant.

Les résultats de l’étude sont basés sur un examen rigoureux d’une ferme solaire hypothétique à l’échelle d’un réseau en Californie, en utilisant des données réelles sur la disponibilité de l’énergie solaire, la dégradation de la batterie et d’autres facteurs. Mathews et ses co-auteurs ont déterminé qu’un système d’installations de batteries de seconde vie couplé à un projet solaire de 2,5 mégawatts serait un investissement rentable si le coût des batteries réutilisées était moins de 60% du prix d’origine des batteries. Une analyse séparée de McKinsey a révélé que les batteries de seconde vie pourraient offrir un avantage financier qui pourrait varier de 30 à 70% dépendant des nouvelles alternatives de batteries d’ici le milieu des années 2020.

Le même rapport McKinsey a révélé que l’offre de batteries de VÉ de seconde vie pourrait dépasser 100 gigawattheures par an d’ici 2030, offrant la possibilité de répondre à la moitié de la demande mondiale prévue de stockage d’énergie à l’échelle des services publics pour cette année-là.​

​Les études McKinsey et MIT notent que plusieurs défis, pour pouvoir utiliser les batteries usagées de VÉ, doivent être surmontés pour rentabiliser l’utilisation de ces batteries.

 Beaucoup plus de travail doit être fait autour des batteries de seconde vie et nous devons développer des meilleures façons de contrôler et de surveiller les batteries de différents véhicules et modèles une fois qu’elles sont regroupées dans un nouveau bloc d’alimentation, a déclaré Mathews. Un nombre croissant de startups travaillent sur des moyens de surmonter ces obstacles. « Nous assistons à la mise en place d’un écosystème qui n’est qu’à ses débuts. »

 Les startups californiennes spécialistes de deuxième vie des batteries de VÉ s’affirment

Pour leur faciliter la tâche, les startups californiennes RePurpose Energy, Smartville Energy et ReJoule ont chacune reçu un financement de 2 à 3 millions de dollars le mois dernier du pool de financement EPIC (California Energy Commission Electric Program Investment Charge) pour valider leur technologie. Les trois startups avaient précédemment reçu du financement du programme CalSEED.

«Notre mission est de réutiliser les batteries des véhicules électriques pour stocker l’énergie solaire dans des systèmes de stockage d’énergie plus économiques et plus durables», a déclaré Ryan Barr, directeur des opérations chez RePurpose.

 «Nous pouvons faire mieux et devons faire mieux», a déclaré Barr à propos de l’impact des gaz à effet de serre de l’industrie du stockage de l’énergie. «C’est vraiment ce qui motive notre travail.»

L’extraction et le raffinage de matériaux de batteries lithium-ion, ainsi que la fabrication de cellules, de modules et de batteries, nécessitent de grandes quantités d’énergie et peuvent avoir un impact environnemental significatif. Les batteries de seconde vie pourraient permettre de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre en éliminant le besoin de fabriquer de nouvelles batteries pour chaque application.

 Une analyse de marché , commandée par une organisation européenne de transport propre, a révélé que la prolongation de la durée de vie d’une batterie lorsque réutilisée pouvait réduire de moitié ses émissions.

RePurpose est le fruit d’une décennie de recherche à UC Davis et opère sous la direction du professeur Jae Wan Park. La startup concentre son travail sur le démontage rapide et précis des batteries de VÉ, généralement de Nissan, la détermination de leur état de santé, puis leur remontage en intégrant de nouvelles commandes et équipements de sécurité.

En remplaçant les cellules les plus dégradées de la batterie, elle peut être réutilisée dans une autre application à l’extérieur d’un véhicule pendant une douzaine d’années supplémentaires selon les analyses de RePurpose. Mais il faut d’abord identifier les mauvaises cellules. RePurpose a développé un moyen de tester la dégradation de la batterie en moins d’une minute, un processus qui prenait traditionnellement une journée entière.

 La sécurité est l’un des plus grands obstacles pour attirer plus de capitaux dans l’industrie naissante des batteries de seconde vie. RePurpose développe également un système d’extinction d’incendie non destructif qui peut détecter une défaillance imminente de la batterie et empêcher la batterie de surchauffer permettant de ne pas endommager aucun des composants électriques. L’atténuation des risques devrait contribuer à améliorer le financement des projets.

 Park a levé environ 5 millions de dollars pour développer la technologie et déployer un projet de démonstration de 300 kilowattheures sur le campus UC Davis qui modifie la consommation d’énergie pour compenser la demande énergétique de pointe de l’installation. La société a depuis levé 4 millions de dollars supplémentaires, dont 3 millions de dollars du fonds EPIC de la California Energy Commission, qui seront utilisés pour déployer un deuxième projet de démonstration de 1,2 mégawattheure dans une coopérative alimentaire.

 «Notre objectif est de reproduire le projet de la coopérative alimentaire dans tout l’État», a déclaré Barr.

Smartville: le défi de la remise à neuf de différents modèles de batteries

La diversité des packs de batteries EV disponibles sur le marché crée un autre obstacle majeur au traitement et à la reconfiguration des batteries pour de nouvelles applications, car il nécessite une ingénierie d’intégration importante avant même de pouvoir tester les batteries.

 Smartville Energy, une entreprise issue du Center for Energy Research d’UC San Diego, a mis au point un processus de remise à neuf de différents types de batteries, que les chercheurs considèrent comme essentiel pour permettre à la technologie de se développer.

 Plutôt que d’accélérer le processus de test des batteries comme le font RePurpose et d’autres acteurs du milieu, les convertisseurs de puissance et le processus de conditionnement spécialement conçus par Smartville ralentissent intentionnellement les tests pour uniformiser la qualité des batteries. Comme leur nouvelles fonctions seront de recharger et de décharger leur énergie fréquemment pendant plusieurs semaines, ce processus permettra de dégager des revenus supplémentaire liés à la vente de services d’électricité.

«Notre concept électronique de commande et de puissance rassemble toutes les différentes batteries de différents véhicules, marques et modèles, ainsi que les formats de couplage de puissance, dans un même concept modulaire», a déclaré le PDG de Smartville, Antoni Tong. « Ensuite, ils sont tous programmés de façon à améliorer leur uniformité tout au long du processus de conditionnement, et en même temps ces opérations sont synchronisées sur un réseau énergétique. »

 Grâce son financement du fonds EPIC de 2 millions de dollars, Smartville travaille actuellement au déploiement de son premier projet dans un magasin qui vend des livres rares et anciens, dont l’inventaire nécessite un contrôle précis de la température et de l’humidité. «Nous croyons que si nous faisons notre travail correctement, nous ne devrions plus ajouter de nouvelles batteries dans le stockage stationnaire», a déclaré Tong.
 
ReJoule: On préfère travailler à la base

ReJoule, une autre startup californienne qui a reçu 2 millions de dollars du programme EPIC, adopte une approche pour optimiser les batteries de seconde vie qui débute dans le véhicule lui-même. En installant la technologie de ReJoule sur une nouvelle batterie, celle-ci peut être optimisée sur toute sa durée de vie, lui permettant de durer encore plus longtemps.

 « L’idée est qu’une fois que notre système de gestion est intégré dans le véhicule et que nous pouvons mesurer l’état de santé de la batterie en temps réel, il sera beaucoup plus facile de passer de cette première vie à une deuxième application », a déclaré fondateur et PDG Steven Chung.

 «Nous n’aurons pas besoin de tests supplémentaires; il ne sera pas nécessaire de retirer la batterie du véhicule, de transporter cette batterie vers un centre de test spécifique, de faire les tests, puis de la transporter vers n’importe quelle application de seconde vie », a expliqué Chung. « Ce sera beaucoup plus simple. »

GTM

Contribution: André H. Martel

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