[EN] Les batteries du futur sont en préparation

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L’expert : Jean-Marie Tarascon. Professeur au Collège de France, chaire ” Chimie du solide – Energie », et directeur du Réseau français sur le stockage électrochimique de l’énergie (RS2E). On doit à ce spécialiste de l’électrochimie des solides, la batterie à ions lithium plastique, en usage aujourd’hui.

Les batteries au lithium-ion peuvent-elles encore évoluer ?
Jean-Marie Tarascon : Oui, il y a encore des améliorations à attendre ! Une bonne piste pour réaliser les électrodes est celle de nouveaux composés baptisés NMC pour nickel, manganèse et cobalt. Pour ce faire, on enrichit ce matériau lamellaire en lithium. Nous explorons cette voie dans notre laboratoire et nous avons pu mieux expliquer les bonnes performances obtenues. Avec cela, oui, on peut espérer dans les années à venir un gain de 20 à 25 % dans l’autonomie des batteries lithium-ion.
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Elle est bon marché, épaisse de moins de 1 mm et souple, cette batterie dans laquelle le zinc remplace le lithium, est en cours de développement chez une start-up américaine, Imprint Energy, issue d’une équipe de recherche de l’université de Californie, à Berkeley. La puissance délivrée, en revanche, est très faible. © Imprint Energy
La recherche se concentre donc sur l’amélioration des batteries actuelles ?
Non pas seulement. On peut discerner trois grands domaines de recherche actuellement : la biominéralisation, les électrodes organiques et les alternatives au lithium. Actuellement, les procédés de fabrication des batteries sont très loin de ce qu’il faut pour un développement durable. En particulier, les synthèses (pour les matériaux des électrodes) se réalisent à hautes températures. La biominéralisation consiste à faire faire ce travail par des bactéries, à basse température donc, et avec des procédés non toxiques et peu énergivores. On cherche également à réaliser des électrodes recyclables sans empreinte CO2 à partir de molécules organiques électroactives provenant de la biomasse, comme le maïs par exemple. Quant au lithium, c’est un excellent matériau réducteur, qui convient bien aux batteries mais c’est un élément peu abondant sur la planète.

Des batteries futuristes : souples ou imitant les feuillesPour un avenir plus lointain, les scientifiques explorent des pistes plus incertaines. Certains travaillent sur des batteries ultrafines (moins d’un millimètre d’épaisseur), voire imprimables. Souples, elles pourraient s’adapter à des formes variées. Au MIT (Massachusetts Institute of Technology), un laboratoire met au point une technologie de batteries constituées seulement de liquides non-miscibles comme électrodes et électrolyte… D’autres, enfin, lorgnent vers la nature et veulent mimer les feuilles, ces championnes de la photosynthèse, légères, minces et non polluantes. Ces études butent souvent sur le rendement, en général faible (en particulier pour la photosynthèse artificielle) et également sur le prix. ” Une chute d’eau de 1 m produit une énergie de 3 Wh pour une 1 tonne d’eau retenue. Une batterie est 50 000 fois plus efficace, souligne Jean-Marie Tarascon. Mais elle coûte bien plus cher ! »

Quels candidats au remplacement du lithium ?
On peut citer le sodium… et rappeler que Jules Verne, par la voix du capitaine Nemo de 20 000 lieues sous les mers, y voyait l’énergie du futur. Il n’avait peut-être pas tort car des recherches sont menées actuellement, entre le CEA et le RS2E, pour développer des accumulateurs à ions sodium. La densité d’énergie par unité de volume (Wh/l) ou de masse (Wh/kg) est plus faible que pour le Li-ion mais c’est un élément abondant et peu coûteux. Il serait un bon candidat pour le stockage massif d’électricité à l’échelle d’un réseau.
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Il y a aussi le couple lithium-soufre, que l’on redécouvre une cinquantaine d’années après les premières études. La densité d’énergie théorique est de l’ordre de 2 200 Wh/kg, disons 350 en pratique. Mais le principe n’est pas encore au point, et il reste à remplacer le lithium par autre chose. Les batteries dites ” métal-air », en milieu aqueux et, surtout, non aqueux, suscitent un grand intérêt aujourd’hui. Dans cette technologie (avec du lithium), la densité d’énergie est très élevée, à la hauteur des verrous technologiques restant à lever.

La plupart des batteries lithium-ion utilisées dans les téléphones ou les appareils photos contiennent des électrodes faites de feuillets de matière plastique. Leur assemblage permet d’obtenir une certaine flexibilité, ainsi qu’une forme et une capacité variables. Commercialisée sous le nom de batterie plastique à ions lithium Plion, elle est issue des recherches de Jean-Marie Tarascon, à la fin des années 1990. © Sony
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