Les nouvelles piles et batteries du futur : 7 avancées majeures récentes
Avez-vous déjà pensé à quel point les piles et batteries sont devenues indispensables ? Il n’est donc pas surprenant que la recherche dans ce domaine s’accélère. Des piles et des batteries plus sûres et plus écologiques, mais aussi plus compactes et plus performantes. Quelles avancées les chercheurs ont-ils réalisées en 2021 ? Jetez un œil à sept avancées marquantes dont vous pourrez bientôt profiter.
Recharger votre ordinateur portable en 30 secondes. Devoir recharger votre smartphone seulement une fois par semaine. Récupérer l’autonomie totale de votre véhicule électrique en 10 minutes et réduire le dégagement de chaleur. Des piles et des batteries plus performantes ? On se l’imagine bien. Des chercheurs du monde entier œuvrent à la prochaine génération de piles et batteries.
De nouvelles piles et batteries pour la sécurité et l'environnement
Les chercheurs sont constamment à la recherche de nouveaux types de piles et batteries, mais pourquoi ? Il y a plusieurs raisons, mais la sécurité et le respect de l'environnement sont les principales.
Les nouvelles piles et batteries doivent être plus sûres dans leur composition chimique et contenir le moins de matériaux rares possible. Ainsi, les effets positifs sur les personnes et l'environnement prévaudront dans un avenir où les piles et batteries joueront un rôle de plus en plus important.
Mais les nouvelles piles et batteries doivent également répondre aux besoins du marché : des temps de recharge plus rapides, une plus grande autonomie des véhicules électriques, une énergie verte abordable pour les particuliers et les entreprises, etc.
C'est pourquoi les piles et les batteries sont actuellement au centre des développements innovants. Les 7 avancées suivantes ont déjà été réalisées.
1. Des piles et des batteries plus résistantes à la chaleur
Les piles et les batteries lithium-ion rechargeables présentent de nombreux avantages. Mais aussi des inconvénients. Le dégagement de chaleur notamment. La pile ou la batterie peut alors être endommagée et perdre une partie de sa capacité.
« Comment faire en sorte que les piles et batteries résistent mieux à la chaleur ? », se sont demandé des chercheurs de la Penn State University. Leur réponse à cette question est une pile ou batterie qui chauffe jusqu’à +/- 60°C puis refroidit à nouveau. C’est la feuille de nickel au niveau du pôle négatif qui le permet. Elle peut par conséquent supporter jusqu’à 1.700 cycles de recharge complets. Et la batterie d’un véhicule électrique peut être rechargée en à peine 10 minutes. Pratique, non ?
2. La batterie VE à électrolyte solide
Le Battery Innovation Centre (BIC) de l’institut de recherche MOBI (de la VUB) est connu comme étant le « hotspot » de la recherche sur les batteries, notamment sur les batteries à l’état solide (à électrolyte solide). Dans celles-ci, l’électrolyte liquide est remplacé par un matériau solide pour produire des batteries plus puissantes, plus petites, plus sûres et moins chères.
En octobre 2019, MOBI a présenté sa dry room ultra-moderne pour la production de nouvelles technologies de batteries. Grâce à celle-ci, MOBI veut augmenter considérablement la capacité des batteries de voitures électriques afin de pouvoir accroître l’autonomie des véhicules électriques (jusqu’à 800 km et plus), diminuer le coût des batteries et rendre les véhicules électriques plus accessibles financièrement.
Il existe désormais des prototypes fonctionnels de batteries solides capables de dépasser les 1.000 cycles de charge, tout en offrant une densité énergétique plus élevée. Toyota est également en plein développement dans ce domaine et Volkswagen affirme qu'il produira ses propres batteries solides d'ici 2025.
3. La batterie pour le stockage de l'énergie
Les méga-batteries
L'électricité produite naturellement provient de plus en plus de panneaux solaires et d'éoliennes et même des marées de la mer. #durable est le mot-clé pour l’énergie. Mais où peut-on stocker toute l’énergie verte qui n’est pas consommée directement ? Dans des batteries géantes, répondrait Tesla, qui a construit une méga-batterie lithium-ion en Australie en 2017, représentant 100 mégawatts.
Cela ne s'est pas arrêté là. En 2018, ce fut au tour de la Belgique, avec une toute aussi puissante méga-batterie conçue dans la région limbourgeoise de Dilsen-Stokkem. La première en Europe. En 2020, la ville de Gand a aussi reçu une méga-batterie (lien en néerlandais) pour les Nouveaux Docks, qui doit permettre une gestion optimale des flux d’énergie pour un projet de nouvelle construction. Depuis lors, le nombre de systèmes de méga batteries en Belgique a considérablement augmenté.
Battery-as-a-Service (BaaS)
Dans l'industrie automobile, les limites de la « batterie en tant que service » sont soigneusement explorées. Un véhicule électrique serait alors commercialisé sans batterie. En tant que propriétaire d'un VE, vous louez une batterie qui répond à vos besoins du moment. Par exemple, si vous effectuez principalement des trajets courts, il est préférable d'acheter une batterie compacte qui a une autonomie moins importante. Lorsque vous devez voyager un peu plus loin, vous pouvez échanger votre batterie dans une station-service contre une autre de plus grande capacité.
Le modèle BaaS (Battery as a Service) poursuit sa croissance en Asie et commence prudemment à s’implanter en Europe. NIO dispose déjà de plus de 2 000 stations d’échange de batteries en Chine. En Belgique, ce type de système reste encore rare, mais l’intérêt de la part des sociétés de leasing est en augmentation.
Systèmes de Stockage d'Énergie (Les batteries domestiques)
Dans notre pays, les Systèmes de Stockage d’Énergie (SSE), y compris les batteries domestiques, gagnent en popularité — surtout en combinaison avec des panneaux solaires. Leur adoption devrait encore s’accélérer, à condition que le prix et le temps de retour sur investissement deviennent plus accessibles.
Dans la catégorie des batteries domestiques, nous trouvons également une alternative à la batterie lithium-ion : la batterie à eau salée. Elle est plus sûre et plus respectueuse de l'environnement, mais plus lourde et plus grande en raison de sa faible densité énergétique. C'est un développement à fort potentiel dans notre ambition de trouver des solutions toujours plus écologiques pour le stockage de l'énergie.
Les batteries usagées des véhicules électriques peuvent également être utilisées pour stocker de l’énergie. Une batterie lithium-ion usagée provenant d’un bus ou d’une voiture électrique pourrait probablement être utilisée pour stocker de l’énergie autoproduite pendant encore 7 à 10 ans.
4. La batterie au lithium-soufre
VITO, UHasselt, IMEC, KU Leuven et EnergyVille travaillent d'arrache-pied sur un nouveau type de batterie prometteur : la batterie lithium-soufre. C'est une batterie qui ne nécessite pas de cobalt et de nickel, qui sont des matériaux toxiques dont l'extraction requiert de grandes quantités d'eau et d'énergie. Au lieu de cela, la batterie fonctionne au soufre, la troisième ressource la plus abondante sur terre qui est souvent considérée comme un déchet.
La technologie n'est pas encore totalement au point, mais elle semble prometteuse. La batterie lithium-soufre a le potentiel de stocker cinq fois plus d'énergie que la batterie lithium-ion actuelle !
5. La batterie qui absorbe le CO2
Les piles et batteries ne servent pas toujours à faire fonctionner des appareils ou à faire rouler des voitures. Depuis 2019, il en existe aussi une qui absorbe le CO2 de l’air environnant ou de gaz industriels spécifiques. Ce sont les chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) qui ont développé cette electro swing battery. Comparons ce système à un aspirateur. Les électrodes de la batterie sont revêtues de polyanthraquinone. Ce revêtement attire les particules de dioxyde de carbone pour les stocker ou les réutiliser. Les scientifiques prévoient de nombreuses autres applications pour cette technologie. Et c’est une excellente nouvelle en faveur d’un environnement plus propre !
Découvrez comment cela fonctionne ici.
En 2023, une version améliorée a été présentée, avec une capacité d’absorption de CO₂ augmentée de 30 % et des projets pilotes commerciaux lancés en environnement industriel.
6. Le concurrent CO2 du lithium-ion
Le CO2 (dioxyde de carbone) joue encore un autre rôle dans la recherche de meilleures piles et batteries. Notamment dans la recherche d’une capacité de batterie supérieure pour un poids inférieur. Le lithium-ion sera bientôt confronté à une forte concurrence. En effet, (par exemple) la combinaison du lithium et du CO2 conserve jusqu’à sept fois plus d’énergie que le lithium-ion aujourd’hui. Le problème est toutefois que ce CO2 est emprisonné dans la batterie, ce qui réduit sa capacité avec le temps. Un problème auquel les chercheurs de l’Université de l’Illinois se sont attelés. Dans ce cadre, le disulfure de molybdène (MoS2) a permis de créer une batterie lithium CO2 utilisable en 2019.
7. Recharge ultrarapide des batteries des véhicules électriques
En Israël, une start-up (StoreDot) a mis au point une technologie qui peut supprimer le plus grand stress des conducteurs de VE : l'autonomie limitée. En effet, leur système peut recharger complètement une batterie en seulement 5 minutes.
En 2024, les premiers véhicules d’essai utilisant cette technologie ont été déployés en collaboration avec Polestar et VinFast. La percée commerciale dépendra d’infrastructures telles que des stations de recharge ultra-puissantes et une capacité réseau adaptée.
Recyclez également la batterie de votre véhicule électrique
Comme toutes les autres piles et batteries usagées, une batterie VE doit également être recyclée soigneusement. Vous avez une batterie de véhicule électrique (VE) usagée ? Contactez votre garage, fournisseur ou fabricant - ils vous aideront !
