Les chimies lithium des batteries actuellement utilisées à bord des navires de plaisance disposent chacune de caractéristiques qui, prises isolément, ne manquent pas d'intérêt.

Les batteries LTO regroupent plusieurs des avantages de ces chimies.

L'un des plus impressionnants consiste en sa stabilité en phase de court-circuit. Serait-ce l'arme absolue des batteries à chimie lithium ?

LTO, une chimie peu sensible aux court-circuits

Dans une batterie LFP, l'anode est faite de graphite et contient du carbone. 

Au fil du temps et des charges à tension élevées, sous l'effet de l'électrolyse interne dans la cellule, une migration de matière carbonée intervient. Son accumulation sur l'anode crée des dendrites, des sortes d'accumulations, de stalagtites/stalagmites pointues.

Les pointes formées sont de nature à perforer le séparateur interne présent dans chaque cellule. Une telle situation génère un court-circuit fatal à la batterie. Les fortes intensités de charge ou de décharge accentuent l'apparition des dendrites et limitent d'autant la durée de vie d'un accumulateur LFP ou NMC.

Les cellules des batteries Lithium-titanium-oxyde LTO ou lithium titanate, sont construites autour d'une anode en oxyde de titane qui ne se décompose pas sous l'effet de l'électrolyse. Pas de décomposition, pas de migration, pas de dendrites, pas de court-circuit endogène.

LTO, apte aux décharges et recharges haute puissance

Les cellules LTO possèdent une seconde caractéristique intéressante. Elles sont capables de soutenir des taux de décharge et de charge très élevées, on parle ici de 20 C (déchargement ou rechargement total d'une batterie en 3 minutes). Ces caractéristiques sont particulièrement adaptées au rechargement rapide.

Cette caractéristique permet l'alimentation d'appareils générant des pics de tension (moteurs électriques, pompes, compresseurs...) sans pour autant nuire à la longévité de la batterie. Une batterie LFP de 1 kWh à qui on applique une charge de démarrage de 5 kW souffre et son nombre maximal de cycles théorique diminue.

LTO pas de problème avec les températures

Ces cellules sont capables d'être chargées ou déchargées jusqu'à 65°C sans dommages. Et, à l'inverse, elle supportent les températures négatives sans souffrir ni nécessiter de chauffage simultané.

Plus fort encore, si on limite leur décharge ou charge à 2 C (vider une batterie en 1/2 heure) les températures internes restent si basses qu'aucun refroidissement liquide n'est nécessaire, une simple ventilation suffit. 

C'est un avantage de taille quand on considère la complexité, le coût et la consommation des circuits de refroidissement des batteries. Certains, comme ceux des batteries Torqeedo I3 de première génération nécessitaient, en plus des deux pompes des boucles eau de mer et glycol l'installation d'un groupe froid pour rafraîchir la température de l'eau de mer dans les zones tempérées. Un refroidissement à 25°C n'étant alors tout simplement pas satisfaisant.

A l'inverse, par grand froid, on doit d'abord chauffer une batterie LFP avant de la charger. Les deux opérations se réalisent simultanément. Rien de tout cela sur les LTO qui peuvent être chargées, telles quelles, par -30°C.

Une durabilité exceptionnelle

La durabilité des batteries est exprimée en nombre de cycles décharge/charge à 100%. Sur une batterie LFP bien gérée (à qui on évite les décharges à plus de 1C et sur laquelle on soigne le refroidissement) on peut dépasser les 3000 cycles. Sur les LTO, il en va tout autrement avec un nombre de cycles qui dépasse les 8000 cycles et peut atteindre les 20.000 cycles avec encore 70% de capacité.

LTO, une densité énergétique en retrait ?

Le point faible des LTO se situe dans leur relativement faible densité énergétique. Si on considère les cellules seules (hors boites et électronique), une LFP offre 90–160 Wh/kg, une LTO 60–110 Wh/kg et une NMC 100–265 Wh/kg.

Mais il faut alors parler de la capacité utile. Pour obtenir la longévité maximale d'une LFP, il ne faudrait pas la décharger au delà de 80% de DoD (20% SOC) alors qu'une LTO supporte facilement les 100% DoD (0% SOC) sans nuire à sa longévité.

L'écart de poids en défaveur de la LTO en comparaison de la LFP peut paraître important, mais il faut aussi tenir compte de l'absence problématique de refroidissement de ces batteries.

Pas de système de refroidissement complexe, cela signifie moins de poids (pompes, échangeur, vannes, tubes, passe-coques). La combinaison de la capacité réelle (100% SOC) avec l'absence de système de refroidissement favorise l'augmentation de la densité énergétique nette, si l'on peut l'écrire ainsi, des batteries LTO en comparaison des LFP.

Qui sont les opérateurs du marché des batteries LTO

Toshiba est le constructeur historique des LTO qui propose ses modules SCiB (Super Charge Ion Battery).

Leclanché, Yabo, Yinlong, Microvast produisent également des cellules LTO.

Leclanché, Echandia proposent des batteries modulaires LTO et plusieurs fabricants chinois proposent des LTO 12 ou 24 V, des batteries qui ne vont pas tarder à apparaître chez les distributeurs.

Echandia a déjà équipé plusieurs ferry électriques en LTO ainsi qu'un remorqueur de port.