Conformément au premier énoncé de la charte éthique de l’entreprise :
« L’objectif de la société est de développer les connaissances scientifiques et de faire progresser la technologie par l’invention, la conception et la production efficace de dispositifs innovants dans le domaine de la cybernétique, du contrôle du mouvement et de la conversion d’énergie, avec la conviction que les progrès de la science sont autant le moteur de l’humanité que le seul moyen d’offrir le meilleur avenir à tous les êtres vivants », Phase réinvestit une grande partie de ses ressources dans la R&D pure avec une vision à long terme.
Les activités de R&D sont axées sur la recherche de solutions et de technologies innovantes pour surmonter les obstacles prévus à un développement plus durable.
Les projets de R&D sont définis comme des initiatives visant à trouver des solutions qui sont possibles mais qui n’ont pas encore été trouvées ou démontrées, non seulement en termes de développement industriel, mais aussi au niveau théorique ou au niveau des prototypes. Ils peuvent engendrer des révolutions ou se solder par des échecs, et en tant que tels, ils ne sont qu’un investissement dans l’avenir.
Il s’agit de la plus importante des initiatives de R&D de la phase, et de celle qui est suffisamment avancée pour commencer à générer une activité significative. À partir de 2015-1016, cette activité est née d’une double prise de conscience :
Si l’importance et l’avenir des batteries sont évidents, de nombreux problèmes doivent encore être résolus, afin d’augmenter leur densité énergétique, encore insuffisante pour de nombreuses applications de mobilité, d’améliorer la sécurité, de garantir un cycle de produit durable, d’assurer des installations de recharge et d’échange d’énergie. Pour décarboniser l’économie, une révolution profonde doit englober notre mode de vie. Il a donc été décidé que, Bien que Phase soit une entreprise trop petite pour faire une réelle différence, il fallait de toute façon faire quelque chose.
Les travaux de R&D ont été répartis entre une équipe de R&D interne et la coopération avec plusieurs universités, dont l’université de Gênes, école de chimie et de métallurgie.
Le laboratoire interne est dédié au prototypage et aux essais, y compris une chambre sécurisée pour effectuer des essais d’incendie/explosion (nécessaire).
Avec l’UniGe, Phase a financé l’achat du prototype et de l’équipement de test appropriés, la création d’un laboratoire Phase au sein de l’université, des contrats de R&D et plusieurs bourses (actuellement 4).
Phase est également membre de BEPA (Batteries European Partnership Association).
Contrairement aux batteries traditionnelles, qui n’étaient constituées que de cellules électrochimiques, les batteries Li-Ion actuelles à haute performance sont constituées d’un certain nombre de cellules électrochimiques qui sont montées en série/parallèle dans un dispositif mécatronique, où la partie électronique (BMS) est utilisée pour contrôler et équilibrer les cellules, et la partie mécanique emballe, refroidit et réchauffe le système selon les besoins, et contrôle dans une certaine mesure la sécurité de l’appareil. En fait, les cellules Li-ion actuelles à haute performance présentent un risque important d’incendie/explosion, en partie à cause de l’énergie qu’elles contiennent, mais surtout à cause des produits chimiques volatils contenus dans l’électrolyte, et ce problème de sécurité est peut-être la limite la plus importante et la plus négligée de ces cellules.
Par conséquent, l’activité de R&D de la phase s’est concentrée sur deux groupes d’action: :
Ressources internes (mécatronique) :
Intégration de cellules électrochimiques dans la mécatronique avancée, avec sécurité intrinsèque, contrôle thermique et équilibrage des cellules à grande vitesse. Ces travaux ont été menés en interne et se poursuivent, bien que des piles de préproduction aient été livrées à des clients sélectionnés (2 brevets accordés ou en attente).
Objectif: augmenter la sécurité et la densité énergétique a au niveau de la batterie complète (normalement beaucoup plus faible que la densité a au niveau de la cellule).
Statut: préproduction. Les systèmes initiaux ont été certifiés conformes aux normes IEC 62619:2022, EN 62281 et UN 38.3 (sécurité globale même en cas d’explosion accidentelle d’une cellule). Premiers systèmes fournis aux premiers clients
Super BMS : nouvel interfaçage des cellules de batterie capable d’exploiter la redondance intrinsèque d’un système de cellules en série/parallèle pour fournir un nouveau niveau de performance et une disponibilité exceptionnelle (en particulier pour l’avionique). Brevet initial en instance
Objectif : fiabilité, disponibilité et fonctionnalités supplémentaires
État d’avancement: conception d’un prototype
Laboratoire universitaire de R&D avec coopération de phase : (électrochimie au niveau de la cellule) :
Régénération des cellules (limitée à la chimie actuelle du Li-Ion à électrolyte liquide) pour multiplier la durée d’utilisation grâce à un cycle électrochimique soigneusement contrôlé (breveté).
Objectif: multiplicateur de durée de vie, permettant par exemple une charge/décharge rapide sans nuire à la durée de vie de la cellule.
Statut: en cours d’essai pour prouver le taux de réussite
Matériaux anodiques organiques à densité de charge accrue par rapport au graphite inorganique
Objectif : augmenter la densité énergétique tout en fournissant un matériau d’anode durable
État d’avancement: Lors des essais, les échantillons initiaux fournissent une densité ionique presque deux fois supérieure à celle du graphite standard, sans dégradation significative. Le processus de production est durable et commence à partir de déchets organiques.
Batterie à l’état solide : Le développement le plus difficile, et de loin. De nombreux laboratoires de recherche travaillent sur différentes chimies, Phase-Unige a maintenant son propre candidat prometteur, tant au niveau du matériau que du processus de production.
Cibles : Les piles à l’état solide pourraient transformer radicalement les batteries de pointe. Les problèmes de sécurité et de plage de température limitée proviennent tous de l’électrolyte liquide, de sorte que l’état solide rendrait la cellule plus robuste et plus sûre. En outre, le développement de Phase-Unige permet une plus grande stabilité électrochimique par rapport à l’électrolyte liquide, ce qui à son tour pourrait permettre d’utiliser des cathodes différentes, à plus haute énergie, poussant ainsi la densité énergétique bien au-delà de 500 Wh/kg. Cela permettrait de construire des batteries sans métaux lourds (actuellement le nickel, le molibdène et le cobalt). La production de cellules à semi-conducteurs pourrait être très différente des lignes actuelles de revêtement de bandes.
État d’avancement: Plusieurs prototypes de la taille d’une pièce de monnaie ont été testés avec succès sur un nombre important de cycles et un taux C élevé à température ambiante, avec des résultats prometteurs. Des essais à plus haute énergie sont en cours.
Les terres rares sont essentielles à la production d’aimants et de moteurs à haute performance et leur disponibilité est cruciale. Bien qu’elles ne soient pas aussi rares que leur nom l’indique, leur extraction et leur raffinage sont salissants et polluants. Phase est un utilisateur important d’aimants en terres rares et est conscient de l’importance critique de ces matériaux.
C’est pourquoi la phase a activé deux projets de R&D :
Nitrure de fer, matériaux magnétiques durs sans terres rares. Sur la base de la découverte récente que certaines formes cristallines instables de nitrures de fer, à des niveaux microscopiques, présentent des propriétés magnétiques dures exceptionnelles, Phase a confié à UniGe le projet de confirmer ou d’infirmer la stabilité de cette forme cristalline, de la caractériser et de développer ensemble une méthode de production appropriée.
Objectif: en cas de succès, les aimants en nitrure de fer pourraient être plus performants que les aimants en terres rares, avec un coût de matériau très faible. Cela pourrait à son tour révolutionner le domaine de la conception de moteurs et de systèmes magnétiques avancés.
État d’avancement: deux années d’essais avec la métallurgie des poudres n’ont pas donné de résultats appréciables. Il y a quelques mois, une nouvelle méthode a été théorisée. Une nouvelle série d’essais est en cours et certains résultats commencent à apparaître.
Recyclage d’aimants en terres rares. Les terres rares sont utilisées dans les moteurs électriques avancés depuis les années 80. Les moteurs électriques ont une très longue durée de vie, mais ils finissent par devoir être recyclés. Jusqu’à présent, les aimants en terres rares se sont révélés impossibles à recycler. Phase et UniGe expérimentent un processus de démagnétisation, de démontage, de pulvérisation des aimants dans une atmosphère neutre, puis de reformation de nouveaux aimants.
Objectif : en cas de succès, la nécessité d’extraire de nouvelles terres rares pourrait être considérablement réduite.
État d’avancement : Le processus est éprouvé ; les premiers aimants ont été échantillonnés. Malheureusement, la capacité résiduelle de traitement des aimants en dehors de l’Extrême-Orient est minime. Des partenariats sont recherchés.
Il s’agit d’une collaboration offerte à un travail initié et dirigé par l’Université de Gênes, école de thermodynamique. L’objectif est d’exploiter les propriétés de certains matériaux à passer d’un état paramagnétique à un état ferromagnétique, avec différents niveaux d’énergie, lorsqu’ils sont soumis à un champ magnétique intense. Une telle machine thermodynamique ne nécessiterait pas de fluides à changement d’état, ce qui pose toujours un problème de dispersion dans l’atmosphère, et pourrait offrir un rendement élevé et une gamme de températures potentiellement étendue. En fait, une technologie similaire est utilisée dans la cryogénie extrême, telle que celle nécessaire aux expériences de supraconductivité et de mécanique quantique. Phase fournit la technologie de fabrication d’aimants permanents puissants et contrôle ce travail de collaboration.
