Trois technologies de batterie qui pourraient revolutionner notre futur

Le monde a besoin de plus d'énergies, de préférence propres et renouvelables. Pour l'heure, nos stratégies de stockage d’énergie sont dépendantes des batteries lithium-ion, qui sont à la pointe de cette technologie. Mais quelles nouveautés se profilent pour les années à venir ?

Commençons par les rudiments de la batterie. Une batterie comporte un ou plusieurs éléments, chacun doté d'une électrode positive (la cathode), d'une électrode négative (l'anode), d'un séparateur et d'un électrolyte. Selon les composants chimiques et les matières utilisées pour ces éléments, les propriétés de la batterie seront différentes et auront un impact sur la quantité d'énergie stockée et délivrée, la puissance fournie ainsi que sur le nombre de cycles de charges et de décharges réalisés (appelé cyclabilité).

Les fabricants de batteries recherchent constamment des systèmes électrochimiques plus économiques, plus denses, plus légers et plus puissants. Nous avons rencontré Patrick Bernard, Directeur de la recherche chez Saft, qui nous a présenté trois nouvelles technologies de batterie à fort enjeu.

SODIUM-ION

QU'EST-CE QUE C'EST ?

Le fonctionnement d'une batterie sodium-ion (Na-ion) est similaire à celui d'une batterie lithium-ion (Li-ion). Comme le nom le suggère, la principale différence réside dans le fait qu’à l’instar du lithium, le sodium est intercalé dans les matériaux d’électrodes. Une grande variété de matières actives peut être utilisée pour l'électrode positive de la batterie, ce qui est déterminant en matière de performance pour la durée de vie ou la cyclabilité, par exemple.

QUELS SONT SES AVANTAGES ?

Les avantages potentiels d'une batterie Na-ion sont nombreux. Son principal atout est son coût global de possession, plus faible que celui d'une batterie Li-ion (jusqu'à 30 % par élément). Toutefois, cette technologie ne sera pas en mesure de concurrencer le Li-ion en termes de densité d’énergie (que ce soit par le poids ou le volume). Elle pourrait par exemple être utilisée pour des applications stationnaires pour lesquelles la densité d’énergie n’est pas le critère déterminant. Cela pourrait ainsi concerner le stockage du surplus d'électricité généré par des sources d'énergie renouvelables telles que le solaire ou l’éolien.

QUAND DEVRAIT-ELLE VOIR LE JOUR ?

Certains composants des éléments ainsi que les procédés de fabrication sont similaires à ceux des batteries Li-ion actuelles. La principale évolution concerne les matériaux actifs des électrodes. La batterie Na-ion pourrait entrer en production d'ici trois ou quatre ans.

LITHIUM-SOUFRE

QU'EST-CE QUE C'EST ?

Dans une batterie Li-ion, les ions lithium sont intercalés dans les structures hôtes des matières actives lors de la charge et de la décharge. Dans une batterie lithium-soufre (Li-S), il n'y a plus de structure hôte. Lors de la décharge, le lithium de l'anode est consommé, et le soufre est transformé en différents matériaux soufrés et lithiés. Lors de la charge, le processus inverse a lieu.

QUELS SONT SES AVANTAGES ?

Une batterie Li-S contient des matières actives très légères : du soufre pour l'électrode positive et du lithium métallique pour l'électrode négative. C'est pourquoi sa densité d’énergie théorique est extrêmement élevée : elle est en effet quatre fois supérieure à celle d'une batterie Li-ion. Elle convient donc parfaitement aux industries aéronautique et spatiale par exemple.

QUAND DEVRAIT-ELLE VOIR LE JOUR ?

La technologie Li-S nécessite encore des travaux de recherche et développement pour améliorer la durée de vie, la cyclabilité et augmenter la densité d’énergie spécifique. Elle ne devrait pas être prête avant cinq ans pour des applications nécessitant une batterie à longue durée de vie.

BATTERIE TOUT SOLIDE

QU'EST-CE QUE C'EST ?

Une batterie tout solide est un véritable changement de paradigme en matière de technologie. Dans les batteries Li-ion actuelles, les ions se déplacent d'une électrode à l'autre par le biais de l'électrolyte liquide. Dans une batterie tout 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.

QUELS SONT SES AVANTAGES ?

Le premier avantage clé est une amélioration notable en termes de sécurité que ce soit au niveau des éléments 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, et/ou haute tension, conduisant à des batteries plus denses et plus légères, ayant une sécurité renforcée et une durée de vie améliorée. Cette batterie pouvant présenter un rapport puissance/poids élevé, semble idéale pour les véhicules électriques.

QUAND DEVRAIT-ELLE VOIR LE JOUR ?

Plusieurs technologies de batterie tout solide devraient apparaître au fil des avancées technologiques. La première génération pourrait être constituée tout d'abord de batteries comportant des anodes en graphite, offrant de meilleures performances énergétiques et une sécurité accrue. Plus tard, des batteries tout solide plus légères, avec une anode en lithium métallique, pourraient être commercialisées.