Décryptage

Quels matériaux pour des batteries innovantes ?

Posté le 29 mai 2024
par Pierre Thouverez dans Énergie

Les batteries lithium-ion actuelles présentent de nombreux défis en termes de recyclage et d’amélioration des performances. Leur multiplication, au regard des enjeux de la transition énergétique, pose évidemment la question de la disponibilité des matériaux utilisés.

A l’heure actuelle, les batteries lithium-ion représentent la technologie la plus performante, aussi bien en termes de performance que de filière industrielle. Ces batteries sont composées de nombreuses cellules individuelles, assemblées entre elles. Ces cellules, identiques entre elles, présentent une électrode positive, une électrode négative, un électrolyte et un séparateur. L’électrode positive, ou cathode, est composée d’oxyde métallique de lithium, et contient, en proportions variables selon les modèles, du nickel, du manganèse et du cobalt. L’électrode négative, quant à elle, est très souvent composée de graphite. Les matériaux qui composent l’électrolyte sont des sels dissous dans un solvant. Enfin, le séparateur, qui sert à éviter les courts circuits, est souvent constitué d’un film polymère. La plupart des batteries innovantes en développement, si elles font appel à des matériaux nouveaux, sont également constituées en partie de ceux cités précédemment. A l’exception des batteries organiques, dont l’atout principal est justement leur recyclabilité, mais qui ne sont pour le moment qu’au stade expérimental, et qui présentent à l’heure actuelle des faiblesses en termes de puissance.

Aujourd’hui, face à la multiplication des usages des batteries, notamment pour le développement et l’avènement programmé des véhicules électriques et plus généralement de la mobilité électrique, certains de ces matériaux risquent de voir leur disponibilité poser problème. En effet, certains ingrédients des batteries lithium-ion voient leurs gisements être répartis de manière très inégale à la surface du globe. Prenons l’exemple du lithium. Les principales réserves, par ordre de grandeur, se trouvent dans l’ordre au Chili, en Argentine, en Australie, en Chine, aux Etats-Unis, au Canada, au Zimbabwe et au Brésil. On constate qu’aucun pays européen n’apparaît dans ce classement, même si le Portugal possède des gisements de lithium. Cela pose un problème géopolitique évident, en vue d’une mobilité tout électrique : l’ambition européenne de produire sur le vieux continent les batteries qui équiperont les véhicules électriques appelés à se généraliser sur son sol pourrait bien se heurter à cette réalité. Au mieux, il s’agit là d’une dépendance qui affaiblira l’autonomie de la filière, au pire d’une épée de Damoclès sur l’ensemble de la chaîne de valeur du tout électrique. Autre exemple, le nickel : aujourd’hui, la Russie possède 10% des réserves mondiales dans son sous-sol. La situation en Ukraine laisse imaginer quelles pourraient être les tensions futures liées à l’approvisionnement des constructeurs de batteries européens en nickel, s’ils sont contraints de faire appel aux ressources russes.

Le poids écologique de l’extraction

Aussi, l’enjeu actuel autour de ces matériaux réside dans l’impact écologique de leur extraction, qui entre dans le bilan carbone du cycle de vie des batteries. Au final, des pénuries, à court et à long terme, sont prévisibles au vu des productions planifiées de batteries pour les années futures sur des matériaux comme le nickel, le cobalt et surtout le lithium.

Les industriels misent sur l’innovation pour pallier à ces pénuries prévisibles. Si la recherche travaille au développement de batteries utilisant des matériaux nouveaux, c’est bien des disruptions en termes de recyclage qui pourraient faire émerger une solution de long terme. Les industriels cherchent ainsi à fermer le cycle des métaux utilisés dans les batteries. Cela permet d’une part d’économiser de façon drastique les besoins d’importations de matériaux, mais aussi de produire des batteries ayant un impact écologique moindre, de l’ordre de 25%.

Renault pourrait être le premier constructeur, au niveau européen, à recycler ses batteries à l’échelle industrielle, à travers le projet TFIN (The Future Is Neural). Ce qui permettrait à la marque au losange d’économiser sur les besoins en matériaux, qui entrent à 70% dans le coût d’une batterie, cette dernière représentant 40% du coût d’un véhicule électrique. 

Cet article se trouve dans le dossier :

Les batteries en quête de disruption technologique

Quelles innovations pour les batteries du futur ?
Des batteries lithium-ion de plus en plus performantes
L’écosystème industriel autour des batteries
Pour aller plus loin
Pour aller plus loin

Dans l'actualité

Dans les ressources documentaires