Que ce soit pour alimenter nos voitures électriques ou nos objets connectés du quotidien, les batteries au lithium-ion sont devenues incontournables. Le lithium, métal alcalin léger, présente une densité énergétique importante et un volume réduit. Ces propriétés ont permis de miniaturiser les batteries et de produire des produits technologiques de plus en plus petits, tels que les montres, les smartphones, les ordinateurs et les drones. De plus, les batteries au lithium-ion ne nécessitent pas d’entretien et ont une autodécharge très faible.
Différentes technologies électrochimiques
Plusieurs technologies électrochimiques sont utilisées pour fabriquer des batteries au lithium :
- Le lithium-manganèse-cobalt (NMC), utilisé dans les applications embarquées ;
- Le lithium-polymère (LiPo), très répandu mais avec une durée de vie plus courte ;
- Le lithium-fer-phosphate (LFP), de plus en plus utilisé pour les applications stationnaires en raison de sa grande stabilité ;
- Le lithium-cobalt-nickel-aluminium (NCA), une technologie dense en énergie mais fragile ;
- Le lithium manganèse (LMO), une technologie plus durable et moins coûteuse car le cobalt est remplacé par le manganèse.
D’autres technologies telles que le lithium-titanate (LTO), le lithium-air et le lithium-cobalt-oxyde (LCO) sont actuellement étudiées et présentent un potentiel intéressant malgré certaines contraintes en termes de stabilité et de coût.
L’urgence d’innover
En raison de l’utilisation massive du lithium, l’industrie et la recherche cherchent à développer des batteries composées de nouveaux matériaux pour améliorer leurs performances. Cependant, le principal problème lié à l’usage du lithium est la quantité astronomique d’eau nécessaire pour l’extraire. Bien que le recyclage du lithium soit possible, il n’est pas encore généralisé dans l’industrie. Des mesures sont toutefois en cours pour légiférer et encourager le recyclage dans les années à venir.
Alternatives au lithium
Plusieurs alternatives au lithium sont étudiées à différents niveaux de maturité technologique. Le sodium, très abondant sur terre, présente des similarités chimiques avec le lithium, mais ses batteries sont plus lourdes et moins puissantes. Le fer pourrait également être un substitut intéressant pour le stockage des énergies renouvelables, mais le volume des batteries pourrait poser problème pour des applications telles que les smartphones et les voitures électriques.
Une autre piste prometteuse est l’utilisation du silicium en supplément du graphite dans les anodes des batteries. Cela permettrait de produire des batteries plus sûres et plus légères. Le silicium est actuellement considéré comme la piste la plus prometteuse par les chercheurs.
D’autres matériaux tels que l’eau de mer, le magnésium et même le chanvre sont également testés dans les laboratoires de recherche du monde entier. Les investissements massifs dans la mobilité électrique et l’urgence écologique vont certainement permettre l’émergence de nouvelles technologies de batteries basées sur des matériaux alternatifs au lithium, tout en continuant à développer le recyclage du lithium.
Dans les prochaines années, nous verrons probablement un paysage de batteries plus diversifié, avec des matériaux innovants qui amélioreront encore les performances de nos appareils technologiques.
