La technologie lithium-ion domine le secteur des batteries. Mais des alternatives émergent, comme les accumulateurs au sodium et au zinc, qui combinent plusieurs avantages : des matériaux moins chers, une durée de vie plus longue et un moindre impact environnemental.
Dans les voitures électriques, dans les smartphones, les ordinateurs portables…En matière de batteries, la technologie lithium-ion est devenue incontournable. Pourtant, cette « grande avancée du siècle dernier », selon les mots de Jean-Marie Tarascon, titulaire de la chaire Chimie du solide et de l’énergie au Collège de France, pourrait bien partager bientôt les honneurs avec d’autres technologies. Voire leur céder la place dans un certain nombre de cas.
Les batteries au lithium sont performantes, le métal est léger, ce qui est un bon point pour la mobilité, et elles présentent une bonne densité énergétique mais elles posent plusieurs problèmes.
« La mobilité électrique est en train de se réinventer depuis dix ans et, les efforts de R&D étant très importants dans le secteur, nous verrons probablement émerger une technologie dépassant le Li-ion d’ici quelques années.»
« Les fabricants de batteries cherchent des solutions qui utilisent les matériaux les moins chers, présents dans toutes les régions du globe, ce qui n’est pas le cas du lithium ni des métaux rares comme le cobalt utilisé dans ces batteries pour faciliter les réactions chimiques au niveau des électrodes », explique Antoine de Broves, expert en solutions de stockage d’énergie pour Omexom (VINCI Energies).
« Le lithium, lui, est moins rare mais son extraction est circonscrite à des régions précises et a un impact environnemental conséquent. On le trouve en grande quantité en Bolivie, au Chili, dans les salars des Andes notamment. Éviter de recourir à des métaux rares ou dont les gisements sont limités permet de réduire le coût économique et environnemental des batteries. »
« Au nombre des alternatives qui s’esquissent, celles qui sont basées sur le sodium-ion d’une part et le zinc-air d’autre part font l’objet d’expérimentations prometteuses », précise Antoine de Broves.
Démonstrateur industriel pour le sodium-ion
Le Graal en matière d’accumulateur ? Ce serait le résultat d’un calcul qui prend en compte l’impact écologique, le coût, la densité énergétique, le poids et la durabilité dans le temps. Chez Omexom, on suit de très près l’évolution des technologies sur lesquelles travaillent les laboratoires et les startups comme la société Tiamat, à Amiens, dans le nord de la France.
Cette jeune pousse fait partie des pionniers qui travaillent sur la batterie de demain. Elle a mis au point une nouvelle génération de batteries sodium-ion et a mis en chantier un premier démonstrateur industriel.
Aux Pays-Bas, à Delft, AquaBattery avance aussi sur cette technologie basée sur le sodium, qui présente différents avantages : faible coût et grande disponibilité du sel, durabilité, et sécurité. Avec un ratio puissance/énergie supérieur à celui de la batterie lithium-ion, la solution sodium-ion est particulièrement intéressante pour les usages qui requièrent de la puissance.
A Amiens, Tiamat table sur les capacités de charge rapide de la batterie sodium-ion pour utiliser cette solution là où les cycles de charge-décharge sont courts et les besoins en autonomie sont limités. Par exemple en mobilité, notamment partagée, avec les vélos et les trottinettes électriques, ou bien pour des plus fortes puissances, de type bus et matériels roulants industriels dotés de stations de recharge rapide.
A ce stade, le sodium-ion n’est pas indiqué pour les voitures électriques car elle offre une autonomie en énergie moindre. Mais sa capacité en puissance lui ouvre des perspectives pour le stockage court-terme d’électricité sur réseau, pour assurer l’équilibrage entre production et consommation d’électricité en temps réel par exemple.
Le zinc-air recyclable
Une autre technologie répond aux critères économiques et environnementaux : la solution zinc-air. Le zinc est un métal commun, abondant et présent dans des régions très diverses. Rachetée par EDF, l’entreprise ZnR batteries s’est spécialisée sur ce créneau avec la solution Zinium. Elle expérimente un système de stockage résidentiel zinc-air.
Outre la disponibilité et le coût faible de ses composants, cette solution présente l’avantage d’être recyclable et de ne pas présenter de risque de surchauffe comme le lithium. De plus, ajoute Antoine de Broves, « la densité énergétique de la solution zinc-air est quatre fois supérieure à celle de la solution lithium-ion ».
La mobilité n’est a priori pas son secteur, son temps de charge étant plus lent que le lithium-ion. La technologie zinc-air peut néanmoins répondre aux besoins de l’autoconsommation résidentielle et industrielle. Elle peut aussi servir de solution de stockage pour les microréseaux.
« Qu’elles soient à base de sodium ou de zinc, ces nouvelles technologies de batteries présentent une excellente densité énergétique et les fabricants annoncent une durée de vie (nombre de cylcles) importante. A ce titre elles se révèlent très prometteuses, résume Antoine de Broves. Certains démonstrateurs sont encore coûteux et offrent des puissances et énergies très limitées, mais la mobilité électrique est en train de se réinventer depuis dix ans et, les efforts de R&D étant très importants dans le secteur, nous verrons probablement émerger une technologie dépassant le Li-ion d’ici quelques années. » Il en est du secteur des batteries comme de l’informatique à ses débuts : chaque mois, des progrès sont enregistrés.
15/10/2020
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