Lorsque le professeur Akira Yoshino développait une nouvelle technologie de batteries dans son laboratoire au début des années 1980, il ne pensait pas que cela représenterait autant.
« A l’époque, nous pensions qu’elle serait principalement utilisée dans les caméras vidéo 8mm « , dit-il en riant.
Il était bien loin du compte. De nos jours, vous n’êtes jamais à plus de quelques pieds d’une batterie lithium-ion, car elles alimentent les téléphones mobiles et toutes sortes d’autres appareils électroniques, des brosses à dents aux scooters électriques.
En reconnaissance de ce succès, le professeur Yoshino a reçu le prix Nobel de chimie en 2019.
Mais malgré des améliorations, même les batteries lithium-ion les plus avancées ne peuvent stocker qu’une fraction de la puissance d’un poids similaire d’essence ou de kérosène.
Et cela freine les ambitions pour des appareils encore plus petits et plus légers comme pour des projets plus ambitieux comme l’aviation à propulsion électrique.
De solides progrès
Les batteries ont besoin de progresser, admet le professeur Yoshino, mais heureusement, « il y a beaucoup d’approches intéressantes ».Et » la batterie à semi-conducteurs, je pense, est une batterie prometteuse « , dit-il.
Les batteries à l’état solide peuvent stocker 50 % plus d’énergie que les batteries au lithium-ion, explique Douglas Campbell, Directeur général de Solid Power, une entreprise issue de l’université du Colorado.
Elles sont également plus stables. Dans les batteries lithium-ion, le gel qui est à l’intérieur, l’électrolyte, peut brûler.
En 2016, Samsung a rappelé 2,5 millions de combinés Galaxy Note 7 après des incendies impliquant leurs batteries lithium-ion. Les piles à l’état solide remplacent ce gel par des polymères solides ou des céramiques moins inflammables.
Mais les batteries développées par l’entreprise de M. Campbell nécessitent toujours du lithium sous sa forme métallique et c’est un problème car c’est un métal dur à travailler.
Un autre problème est que le lithium métal n’est pas encore fabriqué à l’échelle industrielle, donc en avoir juste assez pourrait être difficile, selon M. Campbell.
Malgré ces inquiétudes, les batteries à l’état solide ont « fait une percée dans la recherche fondamentale, du coup, la recherche et le développement pour les techniques de production de masse progressent », déclare le professeur Yoshino.
Il pense qu’il faudra encore 10 ans pour que les batteries à l’état solide puissent concurrencer le lithium-ion en termes de prix.
Les yeux fixés sur le prix
Le gros lot sur le marché est constitué par les batteries pour voitures électriques. Le nombre de véhicules électriques dans le monde atteindra 125 millions d’ici 2030, prévoit l’Agence internationale de l’énergie.
L’innovation dans le domaine des batteries est » dirigée en grande partie par ce qui se passe sur le marché des véhicules électriques « , affirme Rory McCarthy, analyste chez Wood Mackenzie, une société de recherche en énergie.
M. McCarthy affirme que le défi pour l’état solide et les autres nouvelles technologies est de concurrencer les usines fabricant à partir du lithium-ion, qui sont de plus en plus importantes et qui proposent leurs batteries moins chères.
Il faut quatre à cinq ans pour qu’une nouvelle usine de fabrication de batteries atteigne sa pleine capacité et 10 ans pour récupérer son argent, ajoute-t-il.
Des watts d’avance
La technologie lithium-ion, elle-même, n’est pas une impasse. « Nous apprenons de nouveaux principes auxquels nous n’avions jamais pensé auparavant « , dit le professeur Yoshino.
Cela inclut le mouvement du lithium-ion à l’intérieur des batteries. « Nous pensions avoir compris cela, ajoute-t-il.
Mais maintenant, les scientifiques doivent revoir leur mode de compréhension, car « ce n’est pas ce à quoi nous nous attendions ».
« Oui, ça continue et ça ne finit jamais », dit-il en riant.
Gene Berdichevsky affirme que seules les batteries lithium-ion peuvent avoir un impact « significatif » sur les batteries dans un avenir proche et encourager l’adoption massive des véhicules électriques.
Sa société californienne, Sila Nanotechnologies, développe des batteries lithium-ion qui peuvent potentiellement fournir une amélioration de 40% de la densité énergétique.
Pour ce faire, ils remplacent les anodes en graphite (la partie de la batterie où le courant circule) par du silicium.
« Nous avons besoin d’investissements et d’innovations continus dans les batteries lithium-ion « , dit-il.
Vol électrique ?
Une meilleure densité de la batterie pourrait faire une grande différence dans notre façon de vivre.
Les avions rejettent 500 millions de tonnes de CO2 dans l’atmosphère chaque année. Mais avec de meilleures batteries, ils pourraient utiliser une énergie plus propre et cette révolution est déjà en cours.
Cette année, le salon aéronautique de Paris a vu un prototype d’avion commercial entièrement électrique, fabriqué par la start-up israélienne Eviation.
La compagnie aérienne régionale américaine Cape Air a passé une commande à deux chiffres. Entre-temps, la canadienne Harbour Air a déclaré en mars qu’elle avait l’intention de devenir la première compagnie aérienne entièrement électrique du monde.
Avec 30% des vols de moins de 300 miles, les vols court-courriers devraient être faciles à électrifier, selon la start-up Wright Electric de Los Angeles.
Et des batteries beaucoup plus denses pourraient aussi électrifier de gros camions qui dépendent aujourd’hui des carburants fossiles.
En attendant, pour certains, de meilleures batteries pourraient changer leur vie. « J’ai un fauteuil tout-terrain à six roues « , dit Curt Oswalt, un ancien traducteur de l’armée de l’air américaine qui, après une blessure en 2002, utilise un fauteuil roulant alimenté par batterie.
« Mes piles ont commencé à se décharger il y a environ deux ans, dit-il.
Un soir, incapable de dormir, il est allé, durant 1 heure, se promener dans son quartier de la campagne texane.
« Mon indicateur de batterie est passé des trois quarts plein à l’état mort, en moins de trois secondes, dit-il.
Échoué, il a dû attendre pendant plus de 4h30 sous un lampadaire avant qu’un shérif ne le trouve et l’aide à rentrer chez lui.
Seul et sans aide, une panne de batterie plus récente l’a empêché de quitter sa maison pendant neuf jours.
« Alors oui, » dit-il, « j’ai hâte d’avoir de meilleures batteries ! »
Par Padraig Belton
