Le CNRS et Arkema lancent un laboratoire commun pour optimiser les batteries grâce à des polymères fluorés innovants
Le chimiste Arkema et le CNRS ont annoncé le lancement d'un nouveau laboratoire commun, dédié à concevoir de nouveaux matériaux à partir de polymères fluorés pour les futures générations de batteries. Cette famille de matériaux est notamment utilisée en tant que liant de cathode et revêtement de séparateur.
Synthétiser de nouveaux polymères fluorés pour accroître les performances des batteries, telle est l’ambition du laboratoire commun « iHub Poly-9 ». Le groupe chimique Arkema et le laboratoire de recherche « catalyse, polymérisation, procédés et matériaux » (CP2M, CNRS/CPE Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1) ont lancé, mardi 3 mai, ce nouveau labcom dédié à la conception de nouveaux matériaux à partir de polymères fluorés pour les futures générations de batteries.
« Nous avons déjà formé des LabCom avec le CNRS, c’est un type de partenariat plus pérenne qu’on souhaite développer », commente Antony Bonnet, directeur scientifique chez Arkema et co-directeur de iHub Poly-9. « Il faut voir ce laboratoire comme faisant partie intégrante du programme R&D d’Arkema », souligne Timothy F.L. McKenna, directeur de recherche au CNRS et co-directeur académique du laboratoire commun. Prévu pour cinq ans, le partenariat pourrait se prolonger au-delà. « Nous avons déjà l’intention de proposer un renouvellement du labcom ! » se réjouit le directeur du CNRS.
Si Arkema souhaite développer de nouveaux polymères fluorés, c’est d’abord pour optimiser la génération de batteries Lithium-ion actuelle. Car cette famille de matériaux est déjà utilisée en tant que liants de cathode et revêtement de séparateur : « Les polyfluorure de vinylidène (PVDF) sont très résistants aux attaques d’acide et aux fortes températures, ils sont stables et inertes. C’est ce qui en fait un bon séparateur cathode-anode. Il permet de viser des vitesses de charge plus rapides », explique M. McKenna. « Pour augmenter la densité d’énergie de la technologie actuelle, donc son autonomie, et sa vitesse de charge, il faudrait des électrodes plus épaisses. Pour cela, nous devons concevoir des liants à base de PVDF plus adhérents », développe M. Bonnet.
Contrôler l'architecture des polymères fluorés
Mais les ambitions du laboratoire commun « iHub Poly-9 » ne s’arrêtent pas à l’incrémental. « Il y a plusieurs générations dans les batteries à électrolyte solide, et les polymères ont également un beau rôle à jouer dans ces technologies ! assure le directeur scientifique d’Arkema. Un électrolyte 100 % céramique pose encore beaucoup de problèmes techniques. Ainsi, nous pourrions par exemple imaginer combiner des céramiques et des polymères pour concevoir l’électrolyte », illustre Antony Bonnet.
La collaboration entre le CNRS et Arkema se traduit par cinq contrats doctoraux, dont les recherches concernent principalement la partie polymérisation, à savoir l’architecture des polymères. « Selon leur structure, les PVDF, qui sont le résultat de l’association de monomères produits synthétiquement par Arkema, auront telle propriété ou telle autre, utile pour doper les performances des batteries. Notre travail consiste en grande partie à piloter le réacteur (en jouant sur la température, la pression, en contrôlant la phase de mixing) de manière à contrôler cette polymérisation », raconte M. McKenna du CNRS. « Et pour des raisons de développement durable, nous allons en particulier travailler sur la synthèse de ces particules de PVDF sans solvant, mais avec de l’eau (polymérisation en émulsion) », complète le spécialiste d’Arkema.
Les recherches seront menées, en partie, au sein du nouveau centre d’excellence batterie d’Arkema à Pierre Bénit (Rhône), doté d'équipements (à échelle pilote) de production et de tests de cellules et d'électrodes.
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