De quoi seront faites les batteries du futur ?

La majorité des batteries rechargeables du monde sont désormais fabriquées à partir de lithium-ion. La plupart utilisent une combinaison de différents métaux des terres rares, comme le cobalt ou le nickel, pour leurs électrodes. Mais partout dans le monde, des équipes de chercheurs recherchent des matériaux alternatifs, plus durables, pour construire les batteries du futur.

L’apparition des batteries lithium-ion dans les années 1990 a représenté une avancée majeure, explique Laurence Hardwick, professeur d’électrochimie à l’Université de Liverpool, au Royaume-Uni. Il explique que leur commercialisation a coïncidé avec l’essor de l’industrie de l’électronique mobile. Mais leur utilisation ultérieure dans les voitures électriques représente désormais un défi d’échelle, compte tenu de l’utilisation de terres rares dans leurs composants.

Hardwick est le directeur du Stephenson Institute for Renewable Energy, nommé d’après l’ingénieur du XIXe siècle George Stephenson, constructeur de la première liaison ferroviaire interurbaine au monde entre Liverpool et Manchester, qui passait à proximité du campus de l’Université de Liverpool.

Les travaux de Hardwick portent sur les autres matériaux qui pourraient être utilisés, soit en association avec le lithium, soit seuls, afin de diversifier la fabrication des batteries et de réduire le recours aux métaux des terres rares. Ils portent notamment sur les batteries à semi-conducteurs, qui utilisent des plaques de céramique plutôt que des solvants pour conduire les ions qui fournissent la charge. « Les batteries à semi-conducteurs offrent de nombreux avantages potentiels en termes de gain d’énergie et de sécurité », explique-t-il.

Les batteries sodium-ion sont également présentées comme une alternative potentielle aux batteries lithium-ion. Robert Armstrong, chercheur principal en chimie à l’Université de St Andrews en Écosse, fait partie d’un consortium de chercheurs basés au Royaume-Uni qui travaillent sur les questions liées aux batteries sodium-ion, notamment sur les types d’électrodes et d’électrolytes les plus performants.

Comme l’ion potassium, qui est également un candidat potentiel pour les batteries, l’ion sodium est plus lourd que l’ion lithium, mais Armstrong affirme que le sodium est assez uniformément abondant : « Vous n’avez donc pas les problèmes d’approvisionnement qui pourraient affecter l’ion lithium, et vous ne risquez pas de voir la même volatilité des prix. »

Certains constructeurs chinois, comme BYD et CATL , se tournent vers les batteries sodium-ion pour voitures, malgré leur poids supérieur à celui des batteries lithium-ion. La technologie à base de sodium suscite également un intérêt dans les pays du Golfe arabique qui utilisent des usines de dessalement. « Ils ont tout ce sodium qui circule. Pourquoi ne pas l’utiliser ? », demande Armstrong.

D’autres chercheurs étudient comment fabriquer des batteries à partir de matériaux végétaux biodégradables. Bill Yen, doctorant en génie électrique à l’Université de Stanford, fait partie d’une équipe qui développe Terracell , un type de batterie qui produit de l’électricité grâce aux microbes du sol .

Leur inspiration était de trouver comment alimenter des capteurs environnementaux en milieu humide sans laisser de déchets électroniques en fin de vie. Terracell a remporté la catégorie énergie de l’événement Prototypes for Humanity 2024 à Dubaï, une vitrine des solutions durables aux problèmes mondiaux.

Ulugbek Azimov, professeur de génie mécanique et de construction à l’université de Northumbria au Royaume-Uni, était également présent à Dubaï. Il développe des cellules BioPower , un type de batterie rechargeable fabriquée à partir de déchets comme le café, sans métaux des terres rares. « En fin de vie, nous la plongeons dans de l’eau bouillante et elle se transforme en engrais ionique liquide », a expliqué M. Azimov.

Bill Yen

Doctorant en génie électrique, Université de Stanford