Les nouvelles piles et batteries du futur : 7 avancées majeures récentes

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 1700 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

Lisez plus sur la e-mobilité dans cet article.

Au début de cette année (2021), Volkswagen et Quantumscape ont fait une percée dans le développement des batteries à l'état solide, aussi appelées ‘batteries solides’. Auparavant, les développeurs rencontraient de nombreux obstacles dans leur recherche d'un séparateur approprié pour les batteries solides. En effet, les différents séparateurs testés ont posé des problèmes qui ont provoqué la défaillance prématurée de la batterie. Mais maintenant, Quantumscape a développé un séparateur céramique qui a assez de puissance, ne pose plus de problèmes, et qui peut durer plus de 1000 cycles.

L’avenir s’annonce donc prometteur pour les batteries solides dans le secteur des VE. Toyota est également en plein développement dans ce domaine et souhaite présenter un premier concept cette année. Volkswagen affirme qu'il produira ses propres batteries solides d'ici 2025 et Nissan prévoit de commercialiser un prototype utilisant cette technologie d'ici 2028.

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. Plusieurs autres projets sont prêts à être installés en Flandre. Ceux-ci doivent principalement servir à absorber les grandes fluctuations de notre consommation électrique et à garantir la stabilité du réseau. C’est ce qu’on appelle le peak shaving. Jusqu’à présent, on consommait principalement l’énergie des centrales à gaz et hydroélectriques à cette fin. Or, celles-ci ont aussi leurs limites en termes de vitesse de réaction par rapport à la demande du marché, mais aussi si on considère la capacité de kilowatts qu’elles peuvent offrir.

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. Chez NIO, une marque automobile chinoise, ce système est déjà opérationnel. Et aussi Hyundai développe un système de leasing de batteries.

Mais il y a également du potentiel en dehors de l'industrie automobile, dans le modèle BaaS. À Termonde, un groupe d'entrepreneurs travaille sur un projet énergétique unique. Ils veulent créer une communauté énergétique où les entreprises échangent de l'énergie.

« La plupart des propriétaires d'entreprises ont déjà réalisé des investissements dans leur propre entreprise au niveau de l'isolation, l’économie d'énergie et les panneaux solaires. Le potentiel des efforts individuels est largement épuisé. Pour passer à l'étape suivante, nous devons faire les choses collectivement dans une communauté énergétique. » - Hugo Van Den Broecke, Lovitas (De Tijd)

Nous voyons également apparaître plusieurs projets similaires au niveau international. En Finlande, DSO Elenia et Fortum présentent un nouveau modèle commercial dans lequel une société d'agrégateurs investit dans un système de batteries et propose ce système en tant que service à d'autres sociétés.

Les batteries domestiques

Dans notre pays, les batteries domestiques (comme la Tesla Powerwall) sont également en croissance. Il est probable qu’elles continuent leur percée, à mesure que le prix et la durée d’amortissement diminueront.

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, peut-on lire sur bloomberg.com

Comment se préparer au mieux à ce marché croissant des batteries domestiques ? Découvrez-le dans cet article.

Une seconde vie pour les batteries de bus usagées

Cela fait maintenant 10 ans que les premiers bus électriques ont été lancés sur les routes européennes. Les packs batteries devront donc bientôt être remplacés. Mais cela ne veut pas dire pour autant qu'ils sont d’office destinés à la décharge. Les batteries des e-bus peuvent avoir une seconde vie dans un système de stockage d'énergie. Des projets de recherche dans toute l'Europe sont en plein développement. Le fabricant de bus Solaris a, en collaboration avec le Centre national pour la recherche et le développement, un projet intitulé « Second Life », dont l'objectif est de mettre au point un prototype de système de stockage d'énergie d'ici 2022 en utilisant les anciennes batteries de ses e-bus. Volvo travaille sur un projet similaire en collaboration avec Stena Property et Stena Recycling à Gothembourg et le Groupe VDL travaille en collaboration avec Scholl Energy.

Dans tous les cas, les applications « second life » des batteries usagées offrent encore de nombreuses possibilités.

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.

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. 

« Nous changeons toute l'expérience du conducteur, le stress lié à l'autonomie... en pensant que vous pouvez vous retrouver en panne de batterie sur l'autoroute. » - Doron Myersdorf, fondateur de Storedot. 

Ce développement pourrait bien révolutionner le domaine des véhicules électriques, mais il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant de pouvoir le mettre en œuvre. Ce système dépend de nombreux autres facteurs, tels que des points de recharge adaptés, un meilleur système de recyclage et la part de marché des véhicules électriques.