Le Québec se lance dans la production à grande échelle de lithium et veut produire des batteries à électrolyte solide

L’institut de recherche d’Hydro-Québec (IREQ) est à la pointe dans le développement des technologies de stockage d’électricité. Son directeur Karim Zaghib estime qu’il est en avance de 5 ans sur le reste du monde pour le développement des batteries solides. Selon lui, le Québec pourrait en fabriquer d’ici 5 ans avec les ressources locales en lithium, nickel, et cobalt.

Avec ses 62 centrales hydroélectriques, Hydro-Québec est le principal producteur d’électricité au Canada. Les tarifs de vente de son électricité « verte » sont aussi parmi les plus bas d’Amérique du nord. La fabrication de batteries étant très énergivore, il s’agit déjà là d’un avantage important pour le développement d‘une filière de production.

Mais la belle province a d’autres atouts. Plusieurs mines de lithium y sont en phase de développement, comme celle de North American Lithium Inc., située près de Val d’Or, dont l’entrée en service est prévue pour cet été. La société devrait produire annuellement environ 20.000 tonnes de carbonate de lithium de qualité batterie. Plus au nord, à Nemaska, se trouve un des plus grands gisements de lithium au monde, le 3^e en importance selon les dernières estimations. En 2015, le gouvernement du Québec a donné son feu vert à l’entreprise Nemaska Lithium pour l’exploitation de spodumène, un minerai de lithium, sur le territoire de la Baie-James. La société pourra y extraire 3475 tonnes de minerai par jour pendant 26 ans. Nemaska Lithium a mis au point une nouvelle technologie pour produire de l’hydroxyde de lithium d’une grande pureté spécialement fabriqué pour répondre à la demande des constructeurs de batteries de voitures.

L’Australie, qui possède aussi de grandes réserves de spodumène, envoie son minerai en Chine, où les cristaux sont libérés à l’aide de produits chimiques très polluants. Nemaska Lithium a opté pour une nouvelle solution : extraire le lithium par électrolyse en utilisant l’électricité produite par les barrages d’Hydro-Québec. La majorité de l’acide utilisé dans le procédé d’électrolyse est recyclé. Le lithium produit au Québec sera donc le plus « vert » de la planète. « Il y a très peu de producteurs d’hydroxyde de lithium dans le monde, et un très petit nombre est capable d’extraire un produit de qualité batterie », confie Guy Bourassa, PDG de Nemaska Lithium. « Notre objectif, c’est de commercialiser en 2020, au moins 30 à 35 % de la demande mondiale d’hydroxyde ». Cet ambitieux projet est en bonne voie : au mois d’avril Nemaska a dévoilé la signature d’un contrat pour la livraison annuelle de 3.500 tonnes d’hydroxyde de lithium à Northvolt AB, la future « gigafactory » suédoise qui ambitionne une production annuelle de 32 GWh de cellules pour batteries.

Pour fabriquer des batteries il ne faut pas que du lithium, mais aussi du nickel et du cobalt qui entrent dans la confection des électrodes. Pas de problème : le Québec détient aussi des réserves de ces métaux stratégiques. Notamment dans l’Abitibi-Témiscamingue près d’Amos, au nord de Val-d‘Or où la société RNC Minerals a reçu les autorisations pour exploiter l’un des plus grand gisements de minéraux pour batteries au monde. Le second en importance pour ce qui concerne le nickel et le 8^e pour le cobalt, selon Mark Selby, président et CEO de RNC.

Produire des batteries solides dans 5 ans

« Dans les cinq prochaines années, nous pouvons avoir une usine de fabrication de batteries, alimentée à 100 % par les mines québécoises », déclare Karim Zaghib directeur du Centre d’excellence en électrification des transports et stockage d’énergie inauguré récemment par Hydro-Québec. « Le Québec possède l’énergie renouvelable et tous les matériaux nécessaires pour assembler des batteries. On mise là-dessus ».

Ce chercheur renommé, génie des batteries, envisage un partenariat entre Hydro-Québec et une entreprise privée. « C’est mon rêve, depuis plus de 20 ans. Au lieu de vendre les minerais ailleurs, on peut faire la transformation de la mine à la batterie ici ». Karim Zaghib a un autre atout dans son laboratoire de Varenne : un prototype de pile à électrolyte solide, plus légère, moins volumineuse, plus sûre et moins coûteuse à produire que la batterie lithium-ion « humide » utilisée actuellement dans la plupart des véhicules électriques.

Dans une batterie « solide », l’électrolyte liquide est remplacé par un composé inorganique solide qui permet la diffusion des ions lithium. Ce concept est loin d’être nouveau, mais au cours des dix dernières années, de nouvelles familles d’électrolytes solides présentant une forte conductivité ionique, proche de celle des électrolytes liquides, ont été découvertes, ce qui a permis de lever un verrou technologique important. Le premier avantage clé est une amélioration notable en termes de sécurité que ce soit au niveau des cellules ou de la batterie : les électrolytes solides inorganiques sont ininflammables, contrairement à leurs équivalents liquides. Autre avantage : cela permet d’utiliser des matériaux actifs innovants à forte capacité ou haute tension, conduisant à des batteries plus denses et plus légères, ayant une sécurité renforcée et une durée de vie améliorée.

«On a une avance de cinq ans sur tout le monde : les Américains, les Japonais, les Chinois » nous dit Karim Zaghib avec fierté.

On le croit volontiers quand on sait qu’Hydro-Québec a signé en janvier un contrat de licence avec l’entreprise chinoise Dongshi Kingpower Science pour l’utilisation par celle-ci de brevets de batterie à électrolyte solide. Cet accord permettra à Kingpower d’exploiter la technologie mise au point par Hydro-Québec afin de produire des batteries destinées au marché chinois de l’automobile. « La signature du contrat de licence permettra à une technologie créée au Québec de promouvoir l’électrification des transports tout en profitant de la croissance rapide de ce secteur en Chine », explique Karim Zaghib.

La vente de la technologie québécoise est-elle en contradiction avec l’objectif de développement d’une production québécoise locale ? « Pas du tout ». Hydro-Québec participera à la mise en place d’une chaîne de production pilote à l’usine de Kingpower. L’occasion d’acquérir des compétences dans l’industrialisation des procédés expérimentés en laboratoire.

La fabrication de batteries coûte actuellement près de 240 $ le kWh de capacité. Karim Zaghib estime que sa technologie pourra être commercialisée en 2023 et sera produite à 100 $ le kWh. «Le coût des véhicules électriques va chuter grâce à la batterie solide. A ce prix, l’avenir de la voiture à pétrole sera véritablement remis en question ».

Sans se vanter, Karim Zaghib est fier d’avoir été nommé pour la troisième année parmi les scientifiques les plus influents du monde, selon Clarivate Analytics. Cet organisme récompense ainsi les chercheurs qui ont un impact exceptionnel dans leur champ de recherche. « J’en suis très heureux, dit-il humblement. Ça donne à notre Centre d’excellence de la visibilité, mais aussi de la crédibilité et aide à développer nos projets. »

Principales sources de l’article :

• https://www.lechoabitibien.ca/actualites/economie/2017/5/9/north-american-lithium-sur-le-point-de-produire.html
• https://ici.radio-canada.ca/nouvelle/1080062/lithium-quebec-gisement-nemaska-shawinigan-electrolyse-hydro-usine-gisement-tesla-batterie-electrique
• http://www.nemaskalithium.com/fr/
• https://ici.radio-canada.ca/nouvelle/1037645/operation-seduction-usine-nemaska-lithium-shawinigan
• https://www.miningglobal.com/mining-sites/rnc-minerals-looks-progress-1-billion-nickel-cobalt-mine-quebec
• http://nouvelles.hydroquebec.com/fr/communiques-de-presse/1317/hydro-quebec-accorde-a-dongshi-kingpower-science-and-technology-ltd-une-licence-de-sa-technologie-de-batterie-au-lithium-a-electrolyte-solide/
• http://plus.lapresse.ca/screens/f0cf3b38-8892-42f9-bdc7-827d1d3bbdce__7C___0.html
• http://www.aveq.ca/actualiteacutes/on-reve-de-produire-des-batteries-fabriquees-au-quebec-des-batteries-propres-payantes-et-ethiques