14.08.2021
L'avion de course suisse UR-1 est 100% électrique et son énergie est naturellement stockée dans les batteries.
Les batteries sont de nos jours largement utilisées et une grande variété est disponible sur le marché. Parler de véhicules électriques est également devenu un sujet de conversation récurrent pour beaucoup.
Ce système de stockage d'énergie n'est cependant pas nouveau et possède une histoire vraiment fascinante. Auparavant, alimenter un véhicule électrique avec une batterie n'était même pas l'apanage de l'écrivain de science-fiction le plus visionnaire.
Ci-dessous, nous décrivons l'histoire de la batterie et comment elle a fait son chemin dans le premier avion de course suisse électrique. Nous répondons à : quand les batteries ont-elles été inventées ? Dans quelle mesure se sont-elles améliorées depuis ? Quel type de batterie utilisons-nous pour l'aéronef UR-1, notre avion électrique suisse ?
La première pile fût inventée en 1799 par le célèbre physicien italien Alessandro Volta. Son dispositif pionnier, appelé une pile voltaïque, consistait en un empilement de plaques de cuivre et de zinc, séparées par des disques de papier imbibés de saumure.
En 1836, le chimiste anglais John Frederic Daniell créa un nouveau dispositif de stockage d'énergie nommé la pile Daniell après avoir analysé la pile voltaïque. S'il s'agit de la première batterie pratique, c'est n'est qu'une vingtaine d'années plus tard que la batterie au plomb fût mise au point par le physicien français Gaston Planté. Aujourd'hui encore, la batterie au plomb reste le type de stockage d'énergie le plus répandu pour alimenter en électricité les voitures thermiques.
Au cours de la première décennie du XXI e siècle, les véhicules électriques existants utilisaient des accumulateurs nickel-hydrure métallique. Cette technologie s'est rapidement substituée à celle du lithium-ion, que l'on retrouve désormais dans de nombreux appareils du quotidien tels que les appareils électriques portables, les fauteuils roulants et les voitures.
Le fonctionnement de base de chaque batterie reste fondamentalement le même : deux électrodes sont connectées par un circuit et séparées par un électrolyte.
Généralement, l'énergie est produite par la réaction chimique entre les matériaux des électrodes. En d'autres termes, l'anode perd des électrons qui traversent le circuit jusqu'à la cathode. Ce "mouvement" provoque une réaction chimique qui est la source de l'électricité libérée dans le circuit. Cette énergie peut donc être ensuite utilisée pour alimenter un moteur électrique, par exemple.
Il existe de nombreux types de batteries, chacun ayant des propriétés plus adaptées à certaines applications. Les plus populaires sont le plomb-acide, le nickel-hydrure métallique (NiMH) et le lithium-ion polymère (LiPo).
| Anode | Cathode | Électrolyte | Utilisation | Densité d'énergie spécifique (Wh/kg) | Cycle de vie (80% décharge) | Dangers |
| Plomb | Dioxyde de plomb | Acide sulfurique | Automobile | 30-50 | 200-300 | Déversement d'acide |
Les batteries au plomb sont largement répandues dans l'automobile. Ces batteries sont puissantes, bon marché et facilement rechargeables. Néanmoins, elles sont lourdes et ne supportent pas d'être complètement déchargées pendant longtemps.
| Anode | Cathode | Électrolyte | Utilisation | Densité d'énergie spécifique (Wh/kg) | Cycle de vie (80% décharge) | Dangers |
| Hydrure métallique | Oxyhydroxyde de nickel | Hydroxyde de potassium | Appareils courants | 60-120 | 300-500 | Faibles |
Les accumulateurs nickel-hydrure métallique sont connus. Ces petites batteries, ou plutôt piles, sont celles que l'on insert dans les appareils domestiques comme les caméras ou les télécommandes de téléviseurs. La différence entre ces petits accumulateurs et les piles alcalines sont que les batteries NiMH sont rechargeables et plus sûres.
Les piles nickel-hydrure métallique sont également utilisées dans le secteur automobile et de nombreux véhicules électriques ont été équipés avec ce type de stockage d'énergie. Toutefois, ces accumulateurs ont rapidement été remplacés par les batteries lithium-ion, qui disposent d'une meilleure densité énergétique par masse et volume.
| Anode | Cathode | Électrolyte | Utilisation | Densité d'énergie spécifique (Wh/kg) | Cycle de vie (80% décharge) | Dangers |
| Graphite | Dioxyde de métal et de lithium | Polymère | Moteurs électriques | 150-190 | 1’000-2’000 | Feu et explosions |
Contrairement à la plupart des batteries sur le marché, les batteries LiPo sont constituées d'un électrolyte polymère solide. Ce type d'électrolyte avait été étudié dans le but d'empêcher la formation de dendrite, un problème qui apparaissait dans les premières batteries lithium-ion et augmentait le risque de court-circuit.
Cette nouvelle structure offre la possibilité de disposer d'une batterie longue-durée, résistante à l'usure, légère avec une haute densité énergétique. En plus, ce type de batterie ne souffre pas d'effet mémoire lorsqu'elle est rechargée sans avoir été complètement déchargée au préalable.
À Pie Aeronefs SA, nous avons choisi la batterie lithium-ion polymère pour le premier avion de course électrique suisse. Ce type de batterie offre le meilleur équilibre en puissance et sécurité, malgré le risque de feu inhérent aux batteries lithium-ion.
Les batteries de l'UR-1 consistent en une anode en graphite et une cathode de dioxyde de cobalt et de lithium. Le voltage nominal de nos batteries est de 3.7 V et la capacité typique de 5'000 mAh.
Les batteries de notre avion électrique suisse UR-1 sont installées dans l'aile. Cette idée a été naturellement inspirée par la disposition du carburant des avions conventionnels.
Néanmoins, ceci devient difficile lorsqu'il s'agit de batteries. En effet, nous devons créer une structure sophistiquée capable de supporter le poids des batteries. Cela consiste en la conception et la fabrication d'une aile avec une rigidité appropriée, car une aile trop flexible pourrait endommager ces dites batteries.
Afin de prévenir tout risque d'incendie, nous avons conçu, en sus d'un système de refroidissement liquide, un système de protection de feu batterie originale. Plus d'information sera bientôt disponible.
Pour :
Contre :
Il est important de souligner que le risque de feu et la faible endurance des batteries lithium-ion polymère sont des problèmes inhérents à cette technologie et sont donc présents dans toutes les cellules LiPo.
Découvrez notre protection d'incendie dans notre prochain article. Stay tuned.
