Les matériaux pour les batteries du futur
Même si l’utilisation des batteries lithium-ion s’est généralisée, plusieurs études sont actuellement menées afin de trouver les nouveaux matériaux qui composeront les batteries du futur. Il s’agit d’un réel défi technologique. Les nouveaux éléments chimiques des batteries devront présenter les mêmes avantages que le lithium. Ils devront également :
- être légers,
- occuper un faible volume,
- avoir une densité énergétique et une autodécharge réduite.
Ces composants électrochimiques permettront d’équiper les nombreux objets connectés qui envahissent notre quotidien. Ils alimenteront également les véhicules électriques de plus d’une tonne.
Les différentes technologies de batteries lithium
Les batteries lithium-ion sont apparues dans les années 1990, après les modèles au plomb, puis au nickel. Elles ont rapidement submergé le marché. Comme cette technologie connait une évolution constante, plusieurs matériaux innovants la complètent.
- Le Lithium nickel-manganèse-cobalt (NMC)
Le NMC est le plus utilisé dans la catégorie de batterie au lithium. Il est à la fois léger et compact, idéal pour les solutions embarquées.
- Le Lithium-polymère (LiPo)
Cette électrochimie est très puissante en décharge et sans effet mémoire. Toutefois, comparée à son prix, sa durée de vie reste très courte. Vous retrouverez le lithium-polymère dans les appareils connectés et dans les applications de l’aéromodélisme.
- Le Lithium-fer-phosphate (LFP)
Cette technologie est plus stable que le NMC ou le LiPo. Le LFP ne contient ni cobalt, ni nickel. Il est de plus en plus utilisé dans les applications solaires et médicales. Il bénéficie d’une bonne durée de vie, mais fournit moins d’énergie que le NMC.
- Le lithium-nickel-cobalt-aluminium (NCA)
Ce mélange chimique est la à fois dense en énergie et en puissance. Le NCA est donc plus économique par rapport au NMC. Sa fragilité par rapport aux abus d’utilisation limite son usage. Il est notamment utilisé en mobilité électrique, par exemple, dans les véhicules de golf.
- Le lithium manganèse (LMO)
Le manganèse remplace le cobalt. Cette substitution rend en conséquence cette technologie plus économique. Sa durée de vie est toutefois faible, évaluée entre 300 et 700 cycles en moyenne.
La recherche de matériaux innovants
D’autres technologies électrochimiques innovantes sont aujourd’hui en cours d’études. Développées ces dernières années, elles pourraient révolutionner le futur des batteries, à savoir :
- Le lithium-soufre
Ce projet est encore au stade de recherche. Les batteries à base de lithium-soufre sont à la fois légères, très capacitives et économiques. Leur faible durée de vie est la partie à optimiser.
- Le lithium-métal-polymère (LMP)
Le LMP est plus facile à recycler. Son électrolyte est solide. Cependant la durée de vie du composant chimique est courte pour une capacité moyenne.
- Le lithium-air
Cette nouvelle technologie est dense en énergie. Son système électrochimique est très corrosif, c’est pourquoi elle est encore en développement.
Pour en savoir plus sur cette technologie : Développement de la batterie lithium-air
- Le lithium-cobalt-oxide (LCO)
Cette technologie à base de cobalt coûte cher. Elle peut aussi être très dangereuse, mais cette alternative reste capacitive, et c’est son atout.
D’autres alternatives au lithium
Les alternatives pour se passer du lithium existent, mais encore à des degrés différents de maturité technologique. L’eau de mer et le magnésium en font partie. Ceux qui sont déjà en stade de recherche avancée sont :
- Le sodium
Cet élément très abondant sur terre est chimiquement proche du lithium. Ses problèmes de poids et de puissance sont encore à résoudre.
- Le fer
Cet élément chimique permet de stocker les énergies renouvelables sur une période plus longue. Le volume des batteries est encore un inconvénient majeur.
- Le silicium
Ce composant sera ajouté au lithium. Il remplacera le graphite utilisé pour les anodes des batteries. Celles-ci deviennent plus sûres et aussi plus légères. À cause de son fort potentiel, le silicium est actuellement la piste la plus prometteuse, d’après les chercheurs.
