Le plus grand changement de paradigme: l’abandon des électrolytes liquides

L'industrie des batteries au seuil d'une percée

La société suisse Btry est spécialisée dans le développement et la production industrielle de batteries à couche mince qui utilisent des matériaux solides à la place d'électrolytes liquides ou en gel. La batterie n'est pas imprimée, mais fabriquée couche par couche dans un processus sous vide, similaire à la production de semi-conducteurs.

En 2026, Btry mettra en service sa première ligne pilote pour approvisionner ses premiers clients. En 2027, Btry prévoit d'augmenter sa production afin de pouvoir fabriquer les batteries en quantités nettement plus importantes. De plus, les exigences des premiers clients en matière d'intégration et de performances seront spécifiquement intégrées au processus de production. Une caractéristique unique : la batterie se recharge en un peu moins d'une minute.

Électrolyte solide au lieu d'électrolyte liquide – risques liés aux batteries lithium-ion

Le terme « électrolytes liquides » désigne les batteries, plus précisément les batteries lithium-ion à électrolyte organique liquide, qui sont aujourd’hui utilisées dans les véhicules électriques, les écouteurs sans fil, les smartphones, les ordinateurs portables, les vélos électriques et les montres de fitness. Cependant, les incendies et les explosions causés par les batteries lithium-ion montrent que ces systèmes de stockage d’énergie ne sont pas sans risque.

Les électrolytes liquides hautement inflammables en sont une cause majeure. C’est également la raison pour laquelle les batteries à électrolytes liquides ne sont souvent pas utilisées dans des applications critiques pour la sécurité ou à haute température. Les batteries à semi-conducteurs à couche mince représentent donc un véritable changement de paradigme. Elles fonctionnent entièrement sans électrolytes liquides. Cela élimine le risque d’incendies et d’explosions.

La société suisse innovante Btry se concentre précisément sur ce domaine. La start-up développe une technologie de batterie qui élimine complètement les électrolytes liquides et utilise à la place uniquement des matériaux à l'état solide. Cela réduit considérablement le risque d'incendie. La combinaison d'électrolytes à l'état solide et de la technologie à couche mince n'est maîtrisée que par une poignée d'entreprises dans le monde. Btry est donc un pionnier de l'innovation en matière de batteries.

Qui est Btry ?

Btry est une start-up suisse. L'entreprise a été fondée en 2023 par les chercheurs Dr Moritz Futscher, Dr Abdessalem Aribia et Dr Yaroslav Romanyuk. Avant de fonder l'entreprise, ils avaient travaillé ensemble sur un projet au laboratoire Empa axé sur les batteries à l'état solide.

Leur objectif était de développer des batteries à couche mince utilisant un matériau solide conducteur d’ions à la place d’un électrolyte liquide. Plus précisément, ils souhaitaient mettre au point une batterie miniaturisée pouvant également se recharger très rapidement, destinée à être intégrée dans des étiquettes RFID et BLE.

Pour l'équipe de Btry, qui compte désormais 15 membres, le passage à l'indépendance a principalement consisté à établir des partenariats avec des entreprises industrielles tout en continuant à développer le prototype pour en faire un produit évolutif. Dans cette démarche, Btry bénéficie du soutien de partenaires de renom. Les applications potentielles incluent les capteurs, la technologie médicale, la logistique et les montres.

De la recherche à l'industrie

Plus précisément, la technologie à l’origine des batteries à semi-conducteurs à couche mince repose sur dix ans de recherche à l’ETH Zurich. Dans le cadre de plusieurs projets, des cellules lithium-ion à semi-conducteurs minces et empilables, ainsi que des procédés innovants de revêtement et de fabrication, ont été testés et perfectionnés.

Le projet « Batteries tout solide sans anode – Du film mince au volume (AfreeSSB) », mené au laboratoire de l’Empa depuis 2022 en collaboration avec des partenaires allemands, espagnols et d’autres pays, en est un exemple. Ce projet, cofinancé par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN), a constitué un point de départ essentiel pour les recherches qui ont donné naissance à des aspects importants de la technologie des films minces actuelle.

La batterie rechargeable à couche mince de Btry

Btry fabrique les cellules de batterie sous forme de batteries lithium-ion à l'état solide à couche mince, traitées sous vide, en utilisant des étapes de fabrication similaires à celles des semi-conducteurs et sans électrolytes liquides ou organiques ni solvants.

Les dimensions des batteries sont variables et adaptées à l'application spécifique. Dans un exemple d'application impliquant des cartes à puce, par exemple, les dimensions sont de 50 × 40 × 0,1 mm.

Le processus de charge

Le « processus de charge en 1 minute » est principalement dû à deux facteurs : la faible capacité des formats conçus pour les étiquettes et l'architecture à couche mince. La charge rapide est rendue possible, entre autres, par la structure en couches minces. Comme les chemins de transport dans les électrodes et l'électrolyte à l'état solide sont très courts, la batterie peut absorber et libérer de l'énergie particulièrement rapidement.

La nouvelle solution de stockage d'énergie pour les étiquettes et capteurs intelligents

Les batteries à semi-conducteurs à couche mince sont considérées comme innovantes car elles modifient simultanément deux aspects fondamentaux. Elles remplacent l’électrolyte liquide par un électrolyte solide et repensent le format de A à Z, non pas comme une « cellule de batterie en tant que composant séparé », mais comme une structure en couches extrêmement fine et intégrable. Cela offre des avantages évidents dans de nombreuses applications.

En l'absence de composants liquides susceptibles de fuir ou de s'enflammer, cette technologie offre des avantages en termes de sécurité et de robustesse et est souvent plus stable face aux variations de température et aux influences environnementales.

Parallèlement, la conception en couche mince permet de créer des dispositifs de stockage d'énergie très petits et plats pouvant être intégrés dans des produits où les cellules conventionnelles seraient trop grandes, trop épaisses ou mécaniquement inadaptées, tels que les étiquettes intelligentes, les capteurs, les appareils portables ou les dispositifs médicaux.

Un autre aspect innovant réside dans l'approche de fabrication. Les batteries à semi-conducteurs à couche mince sont produites couche par couche à l'aide de procédés issus des technologies des semi-conducteurs et du traitement sous vide. Cela permet un contrôle très précis des structures des matériaux et des interfaces, ce qui se traduit souvent par une grande fiabilité sur de nombreux cycles de charge, ce qui est particulièrement important pour les micro-dispositifs de stockage d'énergie.

Dans la pratique, l'accent est moins mis sur la capacité maximale que sur un stockage durable et rechargeable, capable de fournir de manière fiable de petites quantités d'énergie sur de nombreuses années et d'amortir les pics de charge, par exemple lors de transmissions sans fil.

Il est également intéressant de noter que les batteries à semi-conducteurs à couche mince peuvent jouer un rôle dans les concepts « sans batterie ». Même lorsque l'énergie est produite par des panneaux solaires ou d'autres méthodes de captage d'énergie, un élément tampon est souvent nécessaire pour les périodes d'obscurité, d'ombre ou de pics de demande d'énergie à court terme.

Les batteries à semi-conducteurs à couche mince sont intéressantes à cet effet car elles sont petites, sûres, durables et faciles à intégrer.

Une opportunité majeure réside également dans le remplacement des piles primaires jetables (telles que les piles boutons) par des micro-dispositifs de stockage d'énergie rechargeables et durables dans des applications adaptées, ce qui est précisément le domaine où cette technologie prend tout son sens.