Batterie haute performance : un avenir sans cobalt ni lithium ?

Les batteries haute performance, capables de se recharger rapidement, de durer longtemps et de garantir une densité énergétique élevée, représentent un enjeu majeur pour l’avenir de l’énergie. Le projet franco-allemand HiPoBat – High Power Batteries, lancé début mai et financé par le ministère fédéral allemand de l’Éducation et de la Recherche, se concentre sur le développement de batteries solides haute performance. Ce projet, coordonné par le Centre de recherche de Jülich, s’étendra sur trois ans.

Le projet HiPoBat vise à développer des batteries solides haute performance afin de réduire les pressions écologiques, géopolitiques et économiques dans le domaine du stockage d’énergie électrochimique. Les chercheurs se concentrent sur la création de batteries qui combinent une densité énergétique élevée et une densité de puissance adéquate.

La densité énergétique indique la durée d’utilisation d’une batterie avant qu’elle ne doive être rechargée, tandis que la densité de puissance mesure la rapidité avec laquelle une batterie peut fournir et libérer de l’énergie. La combinaison de ces deux propriétés représente un défi majeur.

Applications des batteries haute performance

Les batteries haute performance trouvent des applications variées. Dans le domaine de l’électromobilité, elles pourraient offrir une alternative aux batteries actuelles en permettant une recharge en moins de 10 minutes pour une autonomie de 300 kilomètres. Elles sont également utilisées dans les véhicules hybrides pour soutenir le moteur à combustion interne lors de l’accélération et récupérer l’énergie lors du freinage.

Les outils électriques sans fil et les systèmes d’alimentation ininterrompue (UPS) bénéficient également de ces batteries. Ces systèmes sont essentiels pour maintenir les processus industriels, les systèmes de communication, les systèmes vitaux et la stabilisation des réseaux électriques en cas de coupures de courant.

Défis techniques et innovations

Les scientifiques allemands et français cherchent à surmonter le dilemme de la densité énergétique et de la performance en charge et décharge. Ils étudient le comportement des ions et des électrons dans la batterie lors de ces processus, ainsi que le réchauffement des cellules. Les technologies actuelles des batteries lithium-ion et sodium-ion avec électrolytes liquides servent de référence.

De nouveaux matériaux, des conceptions de cellules innovantes et une meilleure compréhension du processus de vieillissement des batteries devraient permettre le développement de batteries solides à base de lithium et de sodium. Les propriétés intrinsèques des matériaux, telles que la conductivité ionique et électronique, ainsi que la forme et la taille des particules, jouent un rôle crucial.

Ressources et durabilité

La disponibilité des ressources est également un point central. De nombreux matériaux des batteries conventionnelles sont importés de pays problématiques. L’intérêt croissant pour les batteries au sodium, un élément courant contenu dans le sel de table, reflète le désir de souveraineté technologique et de durabilité.

Une technologie n’utilisant pas de cobalt, de nickel, de graphite ou de lithium protégerait l’environnement, réduirait la pression sur les décideurs politiques et renforcerait l’économie franco-allemande.

Partenaires allemands du projet : Centre de recherche sur les batteries MEET de l’Université de Münster, Université RWTH d’Aix-la-Chapelle, Université Justus Liebig de Gießen, Université technique de Braunschweig, Centre de recherche sur l’énergie solaire et l’hydrogène du Bade-Wurtemberg (ZSW)

Partenaires français du projet : Université de Picardie Jules Verne, Collège de France, Université de la Sorbonne, Université de Toulouse, Université de Nantes, Université de Technologie de Compiègne.

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