Quelles technologies pour les batteries de demain ?

Les points forts des batteries lithium-ion sont connus : elles peuvent être utilisées sur une gamme très large d’usages. A côté de cela, leur longue durée de vie, la puissance qu’elles sont capables de délivrer, ainsi que la limitation de l’autodécharge, les rendent performantes pour de nombreuses applications, dans de nombreux secteurs industriels.

Pour autant, les batteries lithium-ion ont des défauts, ou plutôt des limites. Tout d’abord, et même si ce n’est pas le facteur le plus gênant technologiquement parlant, ces batteries sont difficiles à recycler, en grande partie à cause de l’aspect hautement réactif des composants qui la constituent. Cette limite, dans le cadre de la transition énergétique, offre deux trajectoires : soit la disruption, qui permettra de développer des procédés innovants pour – beaucoup – mieux recycler les batteries lithium-ion, soit le développement de nouvelles batteries, constituées de matériaux différents, plus simples à recycler.

Enfin, citons deux inconvénients importants liés à l’usage des batteries lithium-ion, à savoir leur sensibilités aux températures, et les risques d’incendies, qui limitent les usages et sont source d’insécurité, encore aujourd’hui.

Face à ces limites, et à la nécessité de franchir des paliers en termes de densité énergétique, d’autonomie, et de recyclabilité, à la fois pour élargir la palette des usages des batteries, et pour entrer dans les clous des objectifs écologiques nationaux et internationaux, plusieurs pistes sont développées à l’heure actuelle.

S’il reste compliqué – impossible ? – de déceler aujourd’hui quelles seront les batteries qui supplanteront les technologies lithium-ion, force est de constater qu’il existe une grande variété de solutions mises en œuvres dans les laboratoires de recherches, et testées au niveau industriel.

Citons tout d’abord les technologies de batteries dites solides. Ces dernières sont appelées ainsi car l’électrolyte qui les compose se trouve sous forme solide. Grâce à cela, les batteries développées ont une densité énergétique qui peut être multipliée jusqu’à dix fois par rapport à une batterie lithium-ion de même volume. Cela permettrait donc, pour une puissance donnée, de disposer de batteries plus petites et plus légères, avec des applications évidentes, pour les véhicules électriques, voir les avions électriques, pour qui le poids des batteries est aujourd’hui extrêmement limitant. Aussi, les batteries solides devraient avoir une durée de vie plus importante, et ne peuvent pas s’enflammer, deux critères de performance importants pour des usages à grande échelle. Les pistes les plus sérieuses aujourd’hui étudiées pour constituer les électrolytes font appel à des matériaux tels que les polymères solides, le verre, la céramique ou les sulfites. Enfin, et ce n’est pas anodin, les batteries solides fonctionnent, technologiquement parlant, de manière assez similaire aux batteries lithium-ion, ce qui présente un avantage pour développer ces batteries dans un laps de temps assez restreint.

Les batteries à flux redox, qui sont un type de batteries d’accumulateurs, dont l’usage est plutôt réservé aux usages stationnaires. L’innovation majeure de ce type de batteries réside dans le découplage entre la capacité énergétique de la batterie et sa puissance. La grande taille de ces systèmes limite leurs usages, mais leur capacité à fournir une énergie stable dans le temps pourrait les rendre indispensables pour le stockage des excédents d’électricité produits par les éoliennes ou les panneaux solaires, par exemple.

Les technologies de batteries organiques, qui présentent aujourd’hui des limites importantes en termes de densité énergétique, ont l’immense avantage d’être composées de matériaux biodégradables, qui rendent leur impact environnemental intéressant, écologiquement parlant.

Dernier exemple, les batteries au graphène, matériau qui assure une conductivité énergétique et thermique élevée, ce qui permet de diminuer drastiquement les temps de charge. Malheureusement, la production du graphène reste toujours, à l’heure actuelle, chère et technologiquement très compliquée.