Le monde a besoin de plus d'énergies propres.

Pour l'heure, les stratégies de stockage d'énergie sont dépendantes des batteries lithium-ion, qui sont à la pointe de la technologie.

Mais quelles nouveautés se profilent pour les années à venir en matière de stockage d'énergie?

Les rudiments de la batterie.

Une batterie comporte un ou plusieurs éléments, chacun doté d'une électrode positive (la cathode), d'une électrode négative (l'anode), d'un séparateur et d'un électrolyte.

Selon les composants chimiques et les matières utilisées pour ces éléments, les propriétés de la batterie sont différentes.

Ces propriétés différentes ont un impact sur la quantité d'énergie stockée et délivrée par la batterie, la puissance fournie ainsi que sur le nombre de cycles de charges et de décharges réalisés (appelé cyclabilité).

Les fabricants de batteries recherchent constamment des systèmes électrochimiques plus économiques, plus denses, plus légers et plus puissants.

La batterie tout-solide fait parti des nouvelles technologies de batterie à fort enjeu, au même titre qu'une nouvelle génération de batteries li-ion et que les batteries Lithium-Soufre.

Qu'est-ce que la batterie lithium-ion ?

Dans une batterie lithium-ion (li-ion), le stockage et la libération d'énergie sont assurés par le mouvement des ions lithium de l'électrode positive à l'électrode négative dans les deux sens via l'électrolyte. Dans cette technologie, l'électrode positive agit comme la source initiale de lithium et l'électrode négative comme l'hôte du lithium. Plusieurs chimies sont regroupées sous le nom de batteries li-ion, fruit de décennies de sélection et d'optimisation, proche de la perfection, des matières actives positives et négatives. Les oxydes ou phosphates métalliques lithiés sont les matériaux les plus couramment utilisés comme matériaux positifs actuels. Le graphite, mais aussi le graphite/silicium ou les oxydes de titane lithiés sont utilisés comme matériaux négatifs.

Parmi toutes les technologies de stockage d'énergie, la technologie des batteries li-ion permet le plus haut niveau de densité énergétique. Les performances telles que la charge rapide ou la fenêtre de fonctionnement en température (moins 50°C à plus 125°C) peuvent être affinées grâce au large choix de conceptions et de chimies des cellules. De plus, les batteries li-ion présentent des avantages supplémentaires tels qu'une très faible autodécharge et une très longue durée de vie et des performances de cyclage, généralement des milliers de cycles de charge/décharge.

Avec des matériaux et des conceptions de cellules réels, la technologie li-ion devrait atteindre une limite d'énergie dans les prochaines années.

La découverte de nouvelles familles de matières actives disruptives devraient débloquer les limites actuelles.

Qu'est-ce que la batterie tout-solide?

La batterie tout solide, sur le plan technologique, constitue un véritable changement de paradigme.

Dans les batteries Li-ion actuelles, les ions se déplacent d'une électrode à l'autre par le biais de l'électrolyte liquide.

Dans une batterie tout-solide, l'électrolyte liquide est remplacé par un composé inorganique solide qui permet la diffusion des ions lithium.

Au cours des dix dernières années, de nouvelles familles d'électrolytes solides présentant une forte conductivité ionique, proche de celle des électrolytes liquides, ont été découvertes, ce qui a permis de lever un verrou technologique important.

Aujourd'hui, les efforts de Recherche & Développement de Saft se concentrent sur deux grands types de matériaux : les polymères et les composés inorganiques, visant la synergie des propriétés physico-chimiques telles que l'aptitude au traitement, la stabilité, la conductivité…

Quels sont ses avantages de la batterie tout-solide?

Le premier grand avantage est une nette amélioration de la sécurité au niveau des batteries : contrairement à leurs homologues liquides, les électrolytes solides sont ininflammables lorsqu'ils sont chauffés.

Deuxièmement, elles permettent l'utilisation de matériaux innovants haute tension et haute capacité, pour des batteries plus denses et plus légères avec une meilleure durée de vie en raison d'une autodécharge réduite.

De plus, au niveau du système, elles apportent des avantages supplémentaires tels qu'une mécanique simplifiée ainsi qu'une meilleure gestion thermique et une sécurité renforcée.

Comme les batteries tout-solide présentent un rapport puissance/poids élevé, elles sont idéales pour une utilisation dans les véhicules électriques.

Quand les batteries tout-solide devraient-elles voir le jour ?

Plusieurs technologies de batterie tout-solide devraient apparaître au fil des avancées technologiques.

La première génération pourrait être constituée de batteries comportant des anodes en graphite, offrant de meilleures performances énergétiques et une sécurité accrue.

Plus tard, des batteries tout-solide plus légères, avec une anode en lithium métallique, pourraient être commercialisées dans les véhicules électriques.

Source: Saft