Etat de la R&D dans le domaine des batteries pour véhicules électriques au Japon

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Publié le 1/10/2010 - 90 pages - pdf 3,7 Mo

Auteurs : PLUCHET Julien - DESTRUEL Pierre

Ce document présente un état des lieux du développement et des recherches en matière de batteries pour véhicules électriques (EVs) au Japon. L'intérêt porté à ce sujet par les groupes industriels et les scientifiques est très important et s'accompagne d'un grand nombre d'actions entreprises et d'une littérature scientifique prolifique.

La première partie de l'étude s'intéresse aux enjeux soulevés par le développement des EVs, leur fonctionnement et leurs caractéristiques afin de comprendre quelles sont les barrières technologiques à franchir pour accélérer leur diffusion, ainsi qu'aux actions entreprises par les pouvoirs publics japonais pour soutenir la recherche et le développement des batteries pour EVs.

La seconde partie se concentre sur les batteries. Les différents types d'accumulateurs sont abordés avec un intérêt plus particulier sur la technologie lithium-ion, utilisée dans les EVs, sur son développement et sur la recherche fondamentale en matière de nouvelles technologies de batteries.

Au sommaire de ce document :

1. L'industrie des véhicules électriques au Japon : état de l'art et objectifs

1.1. La nécessité du développement des véhicules électriques (EVs)
1.1.1. La situation actuelle et les défis futurs de l'industrie automobile
- L'état de l'art et les perspectives du secteur automobile japonais
- Le contexte écologique
- S'affranchir du pétrole : une nécessité de plus en plus pressante
- Le véhicule électrique : une solution séduisante
1.1.2. Le principe de fonctionnement des véhicules électriques
- Les différents types de véhicules : EV, HV et PHV
- L'architecture d'un EV : exemple de la Mitsubishi i-MiEV
1.1.3. Caractéristique d'un accumulateur électrique
- Principe et structure
- Les densités d'énergie massique et d'énergie volumique
- La densité de puissance massique
- Le diagramme de Ragone
- La capacité de charge électrique massique et le potentiel redox
- La durée de vie et la cyclabilité
- Le coût
- La sécurité
- La plage thermique d'utilisation
1.1.4. Comparaison quantitative d'un EV avec un véhicule à essence
- La consommation énergétique
- Les émissions de CO2
- Le coût au km
- L'autonomie
- Le prix de vente
- La durée de charge
- Les émissions sonores
- Conclusion

1.2. Le modèle économique japonais de l'industrie des véhicules électriques
1.2.1. Les acteurs japonais et leurs investissements
- Les fabricants de batteries
- Le marché des batteries lithium-ion
- Les constructeurs automobiles et leurs fournisseurs de batteries
- Les acteurs institutionnels
- Les centres de recherches et universités
1.2.2. L'organisation de l'industrie des EVs au Japon
- La chaîne de valeur
- L'exemple de la Mitsubishi i-MiEV
1.2.3. Les véhicules électriques développés au Japon
- Un peu d'historique
- Les caractéristiques de quelques véhicules nippons

1.3. Les objectifs et les actions gouvernementales
1.3.1. Les plans du ministère de l'économie du commerce et de l'industrie (METI)
- Les six plans du METI pour le développement des véhicules propres
- Les objectifs de diffusion des véhicules propres
- Le bonus gouvernemental pour l'achat d'un véhicule propre
1.3.2. Les feuilles de route de la NEDO
1.3.3. Deux projets soutenus par la NEDO
- Le consortium pour le développement des batteries
- Le projet "EVs towns"

2. Les batteries développées au Japon

2.1. Les différentes batteries existantes
2.1.1. Les piles non-rechargeables
- Les piles salines (zinc - carbone)
- Les piles alcalines
- Les piles zinc-air
- Les piles au lithium
- Les piles zinc-oxyde d'argent
- Les caractéristiques des différentes piles
2.1.2. Les batteries rechargeables
- Les batteries au plomb
- Les batteries nickel-cadmium
- Les batteries nickel-zinc
- Les batteries nickel-hydrure métallique
- Les batteries sodium-soufre
- Les batteries lithium-ion
- Les batteries lithium-polymère
2.1.3. Comparaison des différentes batteries
- Le diagramme de Ragone
- Comparaison du prix de chacune des batteries

2.2. Les batteries Lithium-ion pour véhicules électriques
2.2.1. Les accumulateurs Lithium-ion actuellement commercialisés
2.2.2. Les composés chimiques utilisés pour les cathodes
- Le dioxyde de cobalt et de lithium
- Les composés lamellaires
- Les composés de type spinelle
- Les composés de type olivine
2.2.3. Les composés chimiques utilisés pour les anodes
- Le graphite
- L'oxyde de lithium et de titane : Li4Ti5O12
2.2.4. Les avantages et les inconvénients des différents composés pour électrodes
2.2.5. Les composés chimiques utilisés pour les électrolytes
- Les électrolytes liquides à base de solvant organique
- Les électrolytes à base de polymère
2.2.6. Les facteurs d'amélioration
- L'augmentation de la densité d'énergie massique
- La réduction du coût des matériaux
- La sécurité
- Les points à améliorer pour chaque composant de l'accumulateur

2.3. Vers la seconde génération des batteries Li-ion
2.3.1. Les axe d'amélioration
- Comment améliorer la densité d'énergie
- Comment diminuer le coût des matériaux
- Comment améliorer la sécurité des batteries
- Résumé des problèmes et des axes de développement
2.3.2. Les sujets de recherche financés par la NEDO
- Les sujets portant sur le développement des technologies élémentaires
- Les sujets portant sur les technologies fondamentales
- Les sujets portant sur les batteries de nouvelle génération
2.3.3. Les recherches conduites pour améliorer les cathodes
- Les travaux de recherche visant à augmenter la conductivité de LiFePO4
- Les composés de type olivine tel que : Li2MSiO4
- Le développement de cathodes ne comprenant pas de cobalt
- Le développement des cathodes en solution solide
2.3.4. Les recherches conduites pour améliorer les anodes
- Le développement des anodes en alliages métalliques
- Le développement des anodes en oxyde
- Le développement d'une anode en oxyde de molybdène monophasique (MoO2)
2.3.5. Les recherches conduites pour améliorer les électrolytes
- Les électrolytes à base de liquide ionique
- Les électrolytes à base de gels de polymères

2.4. Le développement des batteries post-Li-ion
2.4.1. Les accumulateurs à électrolyte solide
- Les avantages des électrolytes solides
- La structure d'un accumulateur à électrolyte solide
- Les problèmes à résoudre
- Quelques travaux de recherches en matière d'électrolytes à base de sulfure
- Quelques travaux de recherches en matière d'électrolytes à base de polymères
2.4.2. Les accumulateurs Li-S
- Les avantages et les inconvénients des accumulateurs Li-S
- Une solution d'amélioration des accumulateurs Li-S
2.4.3. Les accumulateurs Li-air
- Les avantages des accumulateurs Li-air
- La structure d'un accumulateur Li-air
- Les problèmes à résoudre
- Etude de NTT sur les performances d'un accumulateur selon le composé carboné utilisé
- Le développement d'un accumulateur Li-air à électrolyte solide à trois phases par l'AIST

Liste des figures

Sources
 

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