1. Importance du Stockage d’Énergie

Le stockage d’énergie joue un rôle crucial dans la stabilité et la fiabilité des réseaux électriques modernes. Il permet de stocker l’énergie produite par des sources renouvelables comme l’éolien et le solaire, qui sont intermittentes par nature, et de la redistribuer lorsque la demande est élevée. Cela améliore l’efficacité du réseau et réduit la dépendance aux sources d’énergie fossiles.

2. Innovations dans les Technologies de Batteries

Les batteries sont au cœur de nombreuses innovations en matière de stockage d’énergie. Plusieurs nouvelles technologies de batteries émergent, offrant des solutions prometteuses pour des applications variées.

2.1.Batteries tout-solide à semi-conducteurs

Principe: Ces batteries remplacent l’électrolyte liquide inflammable par un électrolyte solide conducteur d’ions, généralement à base d’oxyde de lithium ou de sulfures. L’électrolyte solide est un matériau céramique ou vitrifié disposé en fine couche entre les électrodes.

Avantages : Outre leur densité énergétique accrue, ces batteries sont quasiment incombustibles et insensibles aux courts-circuits grâce à l’absence d’électrolyte liquide volatile. Leur conception les rend aussi plus stables en température.

Applications : Grâce à leur sécurité intrinsèque, elles seront particulièrement adaptées pour les véhicules électriques et le stockage résidentiel sans risque d’emballement thermique. Toyota vise une production en série dès 2025 pour ses futures voitures électriques.

2.2 Batteries lithium-soufre (Li-S)

Principe : A la cathode en oxyde métallique est substitué un matériau soufre très abondant et peu coûteux. La réaction d’oxydoréduction met en jeu des composés lithium-soufre pour un transfert théorique de deux électrons par atome de soufre.

Avantages : Leur densité énergétique massique potentielle (500 Wh/kg) est de 3 à 5 fois supérieure au Li-ion actuel, permettant d’envisager des véhicules électriques à très longue autonomie tout en restant légers.

Défis : Résoudre la solubilité du soufre dans les électrolytes organiques et sa redistribution hétérogène au cours du cyclage qui dégradent rapidement les performances.

Applications: Avec leur faible coût, les Li-S seraient idéales pour le transport routier et maritime. Oxis Energy vise une commercialisation en 2025 de batteries Li-S pour poids lourds électriques longue distance.

2.3.Batteries lithium-air (Li-air)

Principe: Ces batteries combinent une anode de lithium métallique à une cathode poreuse alimentée en oxygène de l’air. Les réactions redox transfèrent 4 électrons par molécule entre le lithium et l’oxygène.

Avantages: Avec une densité énergétique théorique équivalente à l’essence (1700 Wh/kg), elles permettraient des autonomies records pour les véhicules électriques sans recharge.

Défis: Maîtriser les réactions parasites à la cathode et trouver un électrolyte compatible avec l’oxygène pour un fonctionnement réversible et une cyclabilité suffisante.

Perspectives: Grace à une nouvelle membrane développée par IBM permettant leur recharge, ces batteries suscitent un regain d’intérêt. BMW étudie des prototypes pour son projet de voiture électrique longue distance i Vision Circular en 2040.

2.4.Batteries sodium-ion (Na-ion)

Principe: Elles fonctionnent sur le même principe que les Li-ion mais en utilisant des matériaux à base de sodium très abondant sur Terre comme Na3V2(PO4)3 pour les cathodes.

Avantages: Un coût très inférieur aux Li-ion grâce à la substituion du lithium rare par du sodium présent en quantités quasi-illimitées. Une sécurité intrinsèque avec un fonctionnement en-deçà de 60°C.

Défis: Des performances moindres que les Li-ion avec une densité énergétique typique de 120 Wh/kg contre 250 Wh/kg, en raison du poids et du volume supérieurs des matériaux sodiques.

Applications: Destinées au stockage stationnaire d’électricité intermittente (solaire, éolien) à grande échelle, ces batteries économiques permettront de construire des installations de stockage massive pour équilibrer les réseaux. La start-up Faradion vise une production industrielle dès 2024.

2.5. Batteries aluminium-ion (Al-ion)

Principe: A la place du lithium coûteux et réactif, l’aluminium métallique léger et abondant devient le vecteur de charge dans un électrolyte à base de chlorures fondus stables à température ambiante.

Avantages: Outre leur faible coût, ces batteries promettent une densité énergétique théorique de 800 Wh/kg, soit près du triple de celle des Li-ion. Elles sont aussi intrinsèquement plus sûres grâce à l’absence de formation de dendrites.

Défis: Résoudre les problèmes de corrosion de l’aluminium et concevoir des matériaux d’électrodes fonctionnant de manière réversible avec les chlorures fondus.

Perspectives: Même si un long chemin reste à parcourir, l’entreprise américaine NanoVa soutenue par le Département américain de l’énergie vise une première production industrielle de ces batteries de rupture d’ici 2028.

Ces innovations ouvrent d’immenses perspectives pour le stockage électrochimique, qu’il s’agisse de propulser les futurs véhicules électriques sans émissions ou de faciliter le déploiement massif des renouvelables. Malgré les défis technologiques, elles démontrent la effervescence et l’incroyable potentiel du secteur pour répondre aux enjeux énergétiques de demain.