Bonne nouvelle ! La nouvelle batterie marocaine Lithium-ion à moindre coût vient d'être synthétisée au sein de l'Université Cadi Ayyad. Il s'agit d'un résultat qui couronne le travail mené depuis trois ans autour du projet "Valorisation des ressources minérales marocaines en tant que matériaux à vocation énergétique", financé par l'IRESEN pour la période 2013-2015, mené conjointement avec le centre de recherche REMINEX de MANAGEM.

Dans le cadre d’un appel à projets lancé en 2012 par l’Institut de Recherche en Energie Solaire et Energies Nouvelles (IRESEN), le Laboratoire de Chimie des Matériaux et de l’Environnement (Faculté des Sciences et Techniques) dirigé par le Professeur Ismael SAADOUNE et le Centre de recherche REMINEX du Groupe MANAGEM ont capitalisé leurs collaborations scientifiques antérieures par la soumission d’un projet ayant pour objectif de mettre en place un matériau énergétique à base de métaux (Co, Ni, Mn) produits par MANAGEM. Ce matériau actif comme électrode positive des batteries lithium-ion, sera utilisable soit pour le stockage de l’énergie solaire, soit comme source d’énergie des voitures électriques et des technologies portables.

Le challenge était triple : Il fallait tout d’abord formuler un matériau à vocation énergétique à partir des trois métaux, et qui soit compétitif avec ces homologues sur le marché. Ensuite, mettre en place un procédé de synthèse simple, peu coûteux, non énergivore et facilement extrapolable à l’échelle industrielle et enfin produire ce matériau à vocation énergétique à une échelle semi-pilote.

Pour atteindre ces objectifs, IRESEN a mis à la disposition du consortium UCA-MANAGEM des moyens financiers à la hauteur des aspirations des chercheurs et étudiants impliqués dans ce projet. Les essais ‘laboratoire’, qui ont duré plus de deux ans, ont permis de mettre en place un procédé de fabrication du matériau LiCo_xNi_yMn_zO₂ en optimisant plusieurs paramètres, à savoir la nature des sels des métaux utilisés comme réactifs, leurs concentrations, le pH des solutions, la température de synthèse, le mode de refroidissement, etc.

Les tests énergétiques de ce matériau dans des batteries au lithium, effectués grâce aux équipements acquis dans le cadre du projet, ont permis de montrer que la capacité de stockage d’énergie de ces matériaux avoisine 150 mAh/g pendant plusieurs cycles de Charge-Décharge avec un voltage moyen de 3,7 V/cellule avec une excellente réversibilité et une efficacité coulombienne de 98%. Ce matériau a également fait l’objet de tests énergétiques jusqu’à des régimes 10C i.e. Décharge/Recharge de la batterie en 6 minutes, ce qui constitue un excellent résultat pour une application dans des voitures électriques où le temps de recharge doit être de l’ordre de celui requis lors d’un séjour d’une voiture thermique dans une pompe à essence (≈ 5 minutes).

Le deuxième défi de l’équipe projet était de produire ce même matériau avec ces mêmes performances énergétiques à l’échelle semi-pilote (Production de 1,5 Kg de produit final). Avec l’aide des chercheurs de MANAGEM, deux essais ont été réalisés à ce stade semi-pilote: l’un à partir de métaux produits par MANAGEM et l’autre à partir de métaux commerciaux. La comparaison des performances énergétiques du matériau marocain avec celui obtenu à partir de produits commerciaux dénotent une nette distinction du produit marocain en terme de cyclabilité, de potentiel de travail, de densité d’énergie et de puissance. 

La capacité en décharge de ce matériau marocain, produit à l’échelle semi-pilote, est de l’ordre de 150 mAh/g, ce qui est équivaut à 550 Wh/kg avec un potentiel moyen de décharge de l’ordre de 3,7 V. Cette valeur d’énergie est pratiquement 10 fois plus grande que celle de la batterie plomb-acide, actuellement utilisée dans des applications de stockage. En d’autres termes, il est possible de stocker 10 fois plus d’énergie dans une batterie lithium-ion utilisant ce produit que dans une batterie plomb acide ayant le même poids.

De plus, il est possible de concevoir une batterie de 10V et d’une capacité de 12 Ah (avec un jeu de cellules en série et en parallèle) capable de stocker une énergie provenant de panneaux solaires de l’ordre de 120 Wh, ce qui permettrait d’alimenter trois ampoules économiques pendant 6h. Ceci ouvre une perspective d’utiliser ce matériau marocain dans une batterie marocaine stockant de l’énergie, provenant de panneaux solaires via un ‘Battery Management System : BMS’ en cours de développement.