L'avenir des piles et batteries

L'avenir des piles et batteries s'annonce prometteur ! Partout dans le monde, les entreprises, les gouvernements et les organismes de recherche investissent beaucoup de temps et d'argent dans les nouvelles technologies de batteries. Leurs innovations sont essentielles pour rendre les économies plus durables et assurer la transition vers un avenir plus vert. De plus, tous ces nouveaux acteurs et technologies entraînent des développements passionnants.

Accroître le stockage d'énergie

Il s’agit d’une évolution intéressante. Notre monde se dirige de plus en plus vers des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie éolienne et solaire. Cependant, ces sources d'énergie ne produisent pas un flux constant : le soleil se couche au moment où les gens rentrent chez eux et allument les lumières, et la météo est imprévisible. Cela nécessite une nouvelle génération de batteries avec un capacité suffisante pour stocker de l'électricité destinée à des villes entières.

C'est là que le réseau de batteries devient intéressant. Des entreprises telles que Tesla et Ambri construisent d’immenses réseaux de batteries qui peuvent stocker l'énergie produite par les parcs éoliens et solaires, puis de la mettre à disposition des villes et des communes en fonction de leurs besoins. Tesla a ainsi construit un réseau de batteries en Australie-Méridionale capable de fournir 100 mégawatts en seulement 140 millisecondes, tout en réduisant jusqu’à 90 % les prix de l’électricité pendant les périodes de pointe ! Cela a déjà permis au gouvernement australien d'économiser des dizaines de millions de dollars.

En 2018, ce fut le tour de la Belgique avec une mégabatterie tout aussi puissante à Dilsen-Stokkem (Limbourg), qui était également la première en Europe. En 2020, Gand a suivi avec une mégabatterie pour les New Docks, destinée à gérer de manière optimale les flux d'énergie pour un nouveau projet de construction. Depuis lors, le nombre d'installations de stockage à grande échelle ne cesse d'augmenter en Belgique.

En Pologne, en Suède et dans d'autres pays de l'UE, d'anciennes batteries de bus électriques sont réutilisées comme système de stockage d'énergie pour des appartements et des quartiers entiers. Ce nouveau modèle économique profite à la fois au secteur des véhicules électriques et à celui des énergies renouvelables.

Alimenter les quartiers en électricité avec du métal liquide

Outre Tesla, d’autres entreprises, comme Ambri, développent également des batteries à métal liquide, utilisant des électrodes de calcium et d'antimoine. Elles promettent d'être peu coûteuses, de nécessiter peu d'entretien, d'offrir une longue durée de vie et de disposer d'une capacité suffisante pour alimenter des quartiers entiers en électricité.

Un nouvel acteur : les batteries à flux

Les batteries à flux, également appelées batteries redox à flux, constituent une alternative intéressante aux grands parcs de batteries lithium-ion. Bien que la technologie soit encore en développement, elle pourrait offrir une solution moins coûteuse, plus organique, moins dangereuse et plus évolutive pour stocker de l’électricité afin d'alimenter les villes.

Les batteries à flux sont un croisement entre des batteries et des piles à combustible. Les produits chimiques électroactifs qui assurent la réaction redox (et produisent de l'électricité) sont mis en circulation et réapprovisionnés à travers deux grands réservoirs d'électrolyte. Les versions actuelles utilisent un métal rare et coûteux appelé vanadium pour les électrodes négatives et positives, ce qui élimine le risque de contamination croisée ou d'emballement thermique. Cela se traduit également à une durée de vie cyclique inégalée d'environ 15 000 à 20 000 cycles, ce qui, à son retour résulte en un niveau record de coût actualisé de l'énergie (les coûts du système divisés par l'énergie utilisable, la durée de vie cyclique et le rendement aller-retour). De nombreux instituts de recherche à travers le monde travaillent activement à peaufiner cette technologie et à explorer des matériaux organiques susceptibles de permettre la production de masse des batteries à flux.

Innovation technologique

La révolution des véhicules électriques

Un des développements les plus marquants dans le monde des batteries est l'essor des véhicules électriques, qui va s'accélérer dans les prochaines années. La transition vers les VE entraîne une augmentation massive de la production de batteries pour véhicules électriques et stimule le développement de batteries plus performantes, capables de se recharger plus rapidement et d'offrir une durée de vie plus longe.

En parallèle, cela signifie que nous devons réfléchir à grande échelle à la manière de gérer les batteries de véhicules électriques arrivées en fin de vie. Chez Bebat et notre filiale Reneos, nous étendons nos services dédiés aux VE : depuis le diagnostic et l'emballage jusqu'au transport des batteries usagées vers des installations de recyclage ou de seconde vie. Nous développons des solutions intelligentes et de nouvelles mesures de sécurité afin de nous préparer à l'afflux à venir de batteries de VE, qui devront être collectées, triées et transportées de manière responsable.

Les difficultés des batteries de véhicules électriques

Le tri et le traitement des petites piles et batteries grand public sont relativement simples et peuvent être réalisés avec des systèmes de manutention de base. Cependant, les batteries de véhicules électriques (VE) représentent un problème beaucoup plus complexe. Leur grande taille et leur poids lourd rendent la manipulation manuelle difficile.

De plus, un robot installé dans une usine peut suivre une séquence fixe d'opérations pour produire un type de batterie précis, mais les batteries des véhicules électriques ne sont absolument pas standardisées. Cela rend le démontage automatisé difficile. Pour identifier de manière fiable les divers composants des batteries, quels que soient les modèles et les conceptions, des avancées majeures en intelligence artificielle et en vision industrielle sont nécessaires.

Batteries à l'état solide

Les institutions européennes sont à la pointe de l'innovation dans le domaine des batteries. Le groupe de recherche MOBI de la VUB (Vrije Universiteit Brussel) est reconnu comme un pôle d’excellence pour la recherche sur les batteries à l'état solide, avec des objectifs ambitieux pour permettre aux véhicules électriques (VE) d'atteindre une autonomie de plus de 800 kilomètres. En octobre 2019, MOBI a inauguré une salle sèche ultramoderne desinée à la production de ces technologies de batteries révolutionnaires.

Volkswagen a lancé les premières lignes de production de batteries à l'état solide en Europe en 2025, tandis que Toyota teste des voitures conceptuels équipées de cette technologie. Les batteries à l'état solide remplacent l’électrolyte liquide par des matériaux solides, les rendant plus puissantes, plus compactes, plus sûres et moins coûteuses. Les prototypes fonctionnels atteignent déjà plus de 1 000 cycles de charge.

Percée dans les batteries résistantes à la chaleur

Les batteries lithium-ion rechargeables présentent de nombreux avantages, mais aussi quelques inconvénients, dont la production de chaleur. Trop de chaleur peut endommager la batterie et diminuer sa capacité.

Des chercheurs de la Penn State University se sont demandés : « Comment rendre une batterie plus résistante à la chaleur ? » Leur solution est une batterie qui chauffe jusqu'à environ 60°C avant de refroidir à nouveau. Cela est rendu possible grâce à une feuille de nickel reliée au pôle négatif de la batterie. Ainsi, la batterie peut supporter jusqu'à 1 700 cycles de charge complets, et la batterie d'une voiture électrique peut être complètement rechargée en seulement 10 minutes. Assez impressionnant, n'est-ce pas ?

Nouvelles chimies de batterie

De nouvelles chimies de batteries sont développées pour toutes sortes d'applications, ce qui stimule à son tour l'innovation en matière de recyclage des batteries. Un concept d'avenir particulièrement prometteur est la biohydrométallurgie. Il s'agit d'un procédé de biolixiviation utilisant différents acides et bactéries spécialisées pour "digérer" la masse noire des batteries et excréter des oxydes métalliques purifiés. Les essais montrent que cette méthode est très efficace (recyclage à 100% du cuivre et du lithium des batteries au lithium) et présente en outre des coûts opérationnels très bas. L'inconvénient est qu'elle est actuellement trop lente pour être applicable à grande échelle. Outre la biohydrométallurgie, des efforts considérables sont également consacrés à d'autres techniques hydrométallurgiques et pyrométallurgiques, alors que la course au développement de meilleures méthodes de recyclage à grande échelle s'intensifie.

Battery-as-a-Service : un modèle commercial révolutionnaire

Une solution innovante est le "Battery-as-a-Service" (BaaS). Dans ce modèle, les véhicules électriques sont vendus sans batterie, et les consommateurs peuvent louer une batterie qui correspond à leurs besoins. Pour les courts trajets, on choisit une batterie compacte avec une plus petite autonomie ; pour les longues distances, on peut échanger la batterie à un point de service contre une batterie de plus grande capacité.

Le modèle BaaS est en croissance rapide en Asie et se développe prudemment en Europe. NIO exploite déjà plus de 2 000 stations de remplacement de batteries en Chine et est actif dans plusieurs pays européens, y compris l'Allemagne, les Pays-Bas, la Suède et la Norvège. En Belgique, où de tels systèmes sont encore rares, l'intérêt des compagnies de leasing augmente considérablement.

Les technologies de batterie de demain

Remplacer le graphite de carbone par du silicium

Sila Nano a réussi à remplacer le graphite de carbone dans les cellules au lithium par du silicium, qui peut stocker environ 20 fois plus de lithium et se recharger jusqu'à 9 fois plus rapide.

Batteries en aluminium-fer

Les batteries aluminium-fer sont également en développement et promettent d'être plus stables, moins coûteuses à produire et plus respectueuses de l'environnement, étant donné que l'aluminium est l'une des matières premières les plus abondantes.

Vitesses de chargement révolutionnaires

Le plus spectaculaire est probablement la technologie de l'entreprise israélienne StoreDot : des batteries qui se rechargent complètement en seulement 5 minutes. Cette technologie est testée en 2024 en collaboration avec les constructeurs automobiles Polestar et VinFast. Son déploiement commercial dépend toutefois d'infrastructures adaptées, telles que des bornes de recharge extrêmement puissantes et une capacité de réseau adaptée.

Batteries lithium-soufre

Les institutions de recherche flamandes (VITO, UHasselt, IMEC, KU Leuven et EnergyVille) collaborent au développement de batteries lithium-soufre prometteuses. Ces batteries révolutionnaires ne nécessitent ni de cobalt ni de nickel, des matériaux toxiques qui requièrent beaucoup d'eau et d'énergie pour être extraits. À la place, elles utilisent du soufre, la troisième ressource la plus abondante sur terre, souvent considérée comme un sous-produit. Cette technologie pourrait stocker jusqu'à cinq fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion actuelles !

Innovation alimentée par le CO2

Des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont développé une batterie "electroswing" capable de retirer le CO₂ de l'air ambiant ou des gaz industriels, utilisant un revêtement de polyanthraquinone autour des électrodes, comparable à un aspirateur pour le CO₂. Une version améliorée de 2023 a montré une capacité de capture de CO₂ supérieure de 30 %.

Par ailleurs, il existe des batteries lithium-CO₂ qui utilisent le dioxyde de carbone comme matériau actif et peuvent stocker jusqu'à 7 fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion actuelles. L'Université de l'Illinois a résolu le problème lié à l’accumulation de carbone grâce au disulfure de molybdène (MoS₂) et a mis au point une batterie lithium-CO₂ fonctionnelle en 2019.

Des alternatives plus durables

Les batteries au sodium-ion émergent comme une alternative prometteuse et plus durable aux batteries lithium-ion. Bien qu'elles aient une tension légèrement inférieure à celle des batteries LFP, elles sont jusqu'à 30% moins chères, se rechargent plus rapidement et offrent de bonnes performances, même à des températures négatives. Avec différentes chimies disponibles, les batteries au sodium-ion sont de plus en plus considérées comme adaptées tant pour les systèmes de stockage d'énergie (ESS) que pour les véhicules électriques (VE). Elles ne nécessitent ni cobalt, ni nickel, ni lithium.

L'implémentation de la robotique

Une dernière évolution prometteuse concerne l'utilisation de la robotique pour l'assemblage et le démontage de grands packs de batteries, ce qui pourrait considérablement améliorer l'efficacité du recyclage. Les robots automatisés sont particulièrement utiles pour démanteler les batteries de véhicules électriques, afin qu’elles puissent ensuite être réutilisées ou recyclées de manière plus sûre et plus efficace. À long terme, notre objectif est de boucler le cycle de production des batteries grâce à de meilleures techniques de recyclage et à des solutions intelligentes pour leur seconde vie, qu'elles soient grandes ou petites. Ainsi, nous gardons les batteries sûres et durables, tout en développant des technologies de batteries plus efficaces et plus puissantes de manière éthiquement responsable.

Un avenir circulaire alimenté par la traçabilité

Avec la prise de conscience croissante des consommateurs concernant les enjeux éthiques liés à l'extraction des matériaux utilisés dans certaines batteries, la demande d'une meilleure traçabilité de l'origine des matériaux augmente également. Il est important que ces informations de traçabilité puissent être vérifiées de manière sécurisée. À l'avenir, la technologie blockchain pourrait être utilisée pour fournir des données sur les batteries, notamment sur leur composition et l’origine de leurs matériaux. Il est également possible d'ajouter en continu de nouvelles informations à la blockchain tout au long de la durée de vie d'une batterie. Envisageons une économie circulaire pour les batteries : de grandes batteries peuvent connaître plusieurs cycles de vie, d'abord dans un véhicule électrique, puis dans une installation de stockage d'énergie stationnaire. À chaque étape de leur cycle de vie, des informations sur l'état de la batterie, la durée de vie restante et les éventuelles pannes peuvent être ajoutées à la blockchain. Lors du transfert vers une nouvelle application, ou lors du recyclage, ces informations peuvent aider à déterminer la valeur résiduelle de la batterie et la manière dont elle doit être traitée correctement.

En savoir plus sur la blockchain

La technologie blockchain est utilisée pour garantir la traçabilité de l'origine responsable des matières premières, provenant de mines et de recycleurs agréés dans le monde entier. Elle permet également de consigner l'ensemble du cycle de vie d'une batterie, depuis sa production et son utilisation jusqu'à sa collecte, son tri et son recyclage. Ces informations sont facilement accessibles via des QR codes sur l'emballage de la batterie.

Au-delà du recyclage : le pouvoir de la réutilisation des batteries
Le recyclage est bien entendu nettement préférable à l’incinération ou à la mise en décharge de nos déchets, mais il nécessite beaucoup d'énergie et produit souvent des matériaux de qualité inférieure et des sous-produits indésirables. Nos méthodes de recyclage s'améliorent constamment, mais il existe également une troisième voie, souvent sous-estimée : la réemploi. C'est pourquoi Bebat et d'autres organisations à travers le monde se consacrent donc activement au développement de solutions de seconde vie pour les batteries usagées.

Le réemploi consiste à réutiliser les batteries sans devoir les traiter au préalable. Il permet ainsi de réduire la pollution, la consommation d'énergie et les déchets. Certaines industries réutilisent déjà des matières résiduelles, telles que des eaux et des sols contaminés, au lieu de les traiter ou de les recycler immédiatement. Il peut en aller de même pour les batteries.

Un exemple concret : les batteries de véhicules électriques usagées servent à stocker de l’énergie pour les villes et les quartiers. En Finlande, l'entreprise Tracegrow extrait le zinc et le manganèse des piles alcalines usagées et les transforme en engrais, offrant ainsi une application respectueuse de l'environnement. Même une mesure aussi simple que le remplacement des piles à usage unique (telles que les AA et AAA) par des modèles rechargeables constitue un pas vers le réemploi et une économie circulaire des batteries.

Les batteries deviennent de plus en plus intelligentes... Mais elles doivent toujours être recyclées.

Si nous nous tournons vers l’avenir, le secteur des batteries connaîtra des changements majeurs au cours des prochaines 25 années.

Tout d’abord, les chimies de batterie continueront d’évoluer. Les batteries seront de plus en plus souvent fabriquées à partir de matériaux organiques plutôt que de métaux. Elles seront également davantage intégrées aux produits, aux matériaux et même à notre vie quotidienne. Le concept de technologie « à porter sur soi » commence seulement à prendre véritablement forme. Pensons, par exemple, à des vêtements qui rafraîchissent ou réchauffent le corps en fonction de sa température. Enfin, les batteries deviendront plus polyvalentes, plus puissantes et plus intelligentes. Elles alimenteront presque tous les appareils et nous aideront à gérer nos habitations et nos lieux de travail.

Mais malgré tous ces changements, une chose reste constante : la nécessité de recycler. Nos habitudes de recyclage se sont peut-être légèrement améliorées au cours des 25 dernières années, mais la quantité de déchets que nous produisons a, quant à elle, augmenté. Les batteries ne représentent que l’un des nombreux domaines dans lesquels le réemploi doit encore être amélioré et développé.

Risques de sécurité

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