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Batteries : l’après lithium-ion

Mis à jour le 12 juillet 2016
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Les batteries lithium-ion atteignent aujourd’hui leurs limites, notamment en termes de performances. Quelles sont les perspectives de progrès, et quels systèmes électrochimiques pourraient les concurrencer ?

Batterie (Fotolia)

Batterie (Fotolia)

La demande de moyens de transport plus propres, le développement de sources d'énergie renouvelable ou encore l'augmentation exponentielle des systèmes électroniques portables nécessitent des moyens de stockage de l'énergie toujours plus efficaces et plus fiables. Les applications nomades en particulier, requièrent plus d’autonomie, et les technologies actuelles ont atteint leurs limites pour répondre à ces nouvelles attentes.
Pour gagner en puissance, deux options : augmenter la tension du système, ou augmenter la quantité d’électricité échangée par kilo de batterie (la capacité). « Pour cela, la solution la plus simple et la plus rapide en termes de développement est d’améliorer les propriétés des batteries Li-ion grâce à des matériaux à haut potentiel, explique Renaud Bouchet, professeur à Grenoble INP – Phelma et chercheur au LEPMI. Plusieurs chimies sont actuellement à l’étude, dont certaines au sein du laboratoire : dans le cadre d’un projet Carnot Energies du Futur commun avec le SIMAP, nous travaillons sur des matériaux à haut potentiel pour l’électrode positive. Objectif : réaliser des batteries de 4,8 V, soit 25% d’énergie directement en plus par rapport aux batteries Li-ion actuelles. »

De nouvelles chimies à l'étude
D’autres chimies sont également envisagées. Parmi elles, la technologie Lithium-soufre, ce dernier étant un matériau abondant et peu polluant. « Dans ce cas, on ne joue plus sur le potentiel, mais sur la quantité d’électricité que l’on peut échanger. »  En effet, le soufre à l’électrode positive associé à une électrode négative de lithium métallique permet de multiplier par 10 la capacité d’échange d’électrons. « Développer une technologie Li-soufre performante permettrait d’atteindre les 500 Wh/kg d’énergie au début, puis 800 à 900 Wh/kg à terme, indique Renaud Bouchet. A titre de comparaison, la meilleure batterie Li-ion produite à l’heure actuelle atteint 250 Wh/kg. »
Economiques, écologiques et performantes, ces batteries intéressent les industriels, et sont pressenties pour des applications stationnaires. Toutefois, de nombreux verrous scientifiques restent à lever. « Ici, le lithium se trouve sous forme métallique et non sous forme d’ions. Ce ne sont donc pas les mêmes filières de production et il reste de vrais problèmes scientifiques à résoudre. Nous avons plusieurs thèses en cours sur ces thématiques, et des projets en partenariat avec le CEA. »
Bien sûr, ces évolutions doivent prendre en compte d’autres contraintes, telles que le coût, la disponibilité des matériaux utilisés et la sécurité. Le choix des matériaux actifs devient fondamental, ceux-ci devant être à la fois peu coûteux, faciles d’accès et très stables. Pour l’instant, la solution idéale n’existe pas. « Aucune batterie ne réunissant l’ensemble des contraintes, tout est une question de compromis, en fonction des applications. »

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Rédigé par Clotilde Waltz

mise à jour le 12 juillet 2016

Grenoble INP Institut d'ingénierie Univ. Grenoble Alpes