Énergiser l'avenir : Mason Graphite s'allie au CNRC pour créer un procédé de transformation du graphite pour batteries

 

- Laval, Québec

Depuis quelques années, le marché nord-américain affiche une intensification continue de l'utilisation de piles et de batteries au lithium-ion, principalement en raison de l'engouement pour les appareils électroniques portables, ainsi que les outils et les véhicules électriques qu'elles alimentent. En 2016, par exemple, la société américaine Tesla Motors a inauguré une « giga-usine » à Reno (au Nevada) qui se consacre spécifiquement à la production de batteries au lithium-ion et à l'assemblage de modules pour ses véhicules électriques. Jusqu'à présent, l'Asie — le Japon, la Corée du Sud et la Chine, surtout — était le maître incontesté des batteries au lithium-ion et des technologies associées aux véhicules électriques dans le monde. Cependant, la hausse de la production intérieure a fait naître une demande pour des chaînes locales d'approvisionnement. Or, l'un des ingrédients indispensables à la fabrication des batteries au lithium-ion abonde au Canada : le graphite.

Le chercheur Kevin Bricault

Le chercheur Kevin Bricault à l'œuvre aux installations du CNRC à Boucherville (Québec).

Le CNRC s'intéresse à la technologie du lithium ionique depuis le début des années 1990. Il a acquis une grande expertise en la matière. Depuis cinq ans, le Centre de recherche sur l'automobile et les transports de surface collabore avec l'entreprise québécoise Mason Graphite afin de mettre au point des procédés de transformation qui généreront du graphite de la qualité requise pour les batteries au lithium-ion employées dans les véhicules électriques et pour d'autres usages. Après tout, nous avons besoin de méthodes fiables et sécuritaires d'emmagasiner l'énergie pour s'engager dans la voie de l'électrification.

De la nature à la technologie

De la nature à la technologie

La technologie mise au point par le CNRC et Mason Graphite transforme les particules de graphite en sphères de la qualité voulue pour l'anode des batteries.

Le graphite que nous fournit la nature ne vient pas sous une forme exploitable par les technologies modernes telles que les piles Li-ion. La plupart du temps, à l'extraction, ce matériau ressemble à des flocons dont on se sert pour fabriquer de l'acier, des pièces d'appareils de gestion thermique, des produits ignifuges, la garniture des freins et des disques d'embrayage, des balais pour moteur électrique, et ainsi de suite. Mason Graphite disposait du matériau brut si recherché, et l'entreprise a fait appel aux laboratoires et au savoir-faire scientifiques du CNRC pour mettre au point un procédé rentable pour le transformer en graphite pour batterie.

Auparavant, la valeur commerciale des flocons de graphite était minime. Aujourd'hui, grâce à la technologie mise au point par le CNRC et Mason Graphite, ces fines particules peuvent maintenant être transformées pour servir d'anode aux batteries au lithium-ion. Essentiellement, cette technologie convertit un produit de base à faible marge en un autre à très grande valeur ajoutée et ayant une faible empreinte écologique, tout en étant aussi bon, sinon meilleur, que celui actuellement disponible sur le marché.

« Un dépôt de graphite naturel parmi les plus purs de la planète gît près de nos installations du lac Guéret, au Québec », affirme Benoît Gascon, président et chef de direction de Mason Graphite. « Le CNRC nous a procuré l'expertise bien précise dont nous avions besoin pour transformer ce graphite naturel en graphite utilisable dans la fabrication de batteries. »

Le partenariat rêvé

Mathieu Toupin, chercheur au CNRC

Mathieu Toupin, chercheur au CNRC

« Parce qu'il possède la capacité exceptionnelle de transformer les flocons de graphite en particules sphériques enrobées de carbone à l'échelle du laboratoire, le CNRC aide les jeunes sociétés minières et les petites et moyennes entreprises à réduire les risques techniques et les coûts des essais qui deviennent très élevés à l'échelle pilote. Nos experts comprennent comment les flocons se comporteront au moment de leur transformation et comment le graphite sphérique se comportera dans l'anode des batteries au lithium-ion », explique Jean-Yves Huot, chercheur au CNRC.

La collaboration du CNRC avec Mason Graphite lui a permis d'enrichir encore plus son expertise et de perfectionner les installations nécessaires pour transformer le graphite, concevoir des prototypes et pour tester le produit final dans des piles Li-ion. Le CNRC a notamment inauguré une ligne de prototypage de piles Li-ion permettant aux spécialistes et à leurs partenaires de fabriquer des piles sachet et de les tester dans différentes conditions. La technologie développée par le CNRC pour Mason Graphite a depuis été mise à l'échelle pilote par Mason Graphite et le COREM, centre de recherche du Québec spécialisé dans le traitement des minerais. L'équipe de Mason Graphite était si enchantée par la collaboration née de ce partenariat qu'elle a présenté le projet à l'ADRIQ (Association pour le développement de la recherche et de l'innovation du Québec), qui l'a inscrit sur la liste de ses finalistes aux prix à l'innovation de 2019.

« Le plus formidable dans les travaux que nous avons réalisés avec Mason Graphite est que la plateforme technique est évolutive pour des situations différentes », indique M. Huot. « Nous avons mis au point un procédé qui transforme les flocons de graphite en graphite sphérique enrobé pour les anodes des batteries lithium-ion. Ces anodes pourront ensuite être optimisées non seulement pour être utilisées dans les véhicules électriques, mais aussi potentiellement pour d'autres applications. »

Avec la demande en énergies renouvelables qui continue d'augmenter, croît la nécessité de trouver des moyens d'emmagasiner cette énergie avec sûreté et efficacité. Dans ce contexte, qu'il s'agisse de faire mouvoir des voitures électriques, de stocker l'électricité des panneaux solaires ou des éoliennes ou de prolonger l'autonomie des téléphones cellulaires et d'autres appareils électroniques portables, la technologie de la batterie au lithium ionique est là pour rester.

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