Quel avenir pour les batteries ? 

Une courbe « cycle Hype » élaborée par l'Université Carnegie Mellon démontre à quel point diverses technologies ont encore du chemin à faire avant de pouvoir rivaliser avec les batteries lithium-ion (Li-ion).
 
Il semble qu’un grand titre annonçant la découverte du « Saint Graal » des technologies de batteries sort maintenant toutes les deux semaines. Celle qui permettra de recharger nos téléphones en quelques minutes, de se procurer des véhicules électriques bon marché avec une autonomie de centaines de kilomètres et de stocker de façon fiable et économique des énergies renouvelables.
 
Pourtant, jusqu’ici aucune de ces technologies n’a jamais dépassé le statut de manchettes. Alors où est le problème?

Venkat Viswanathan, professeur adjoint au département de génie mécanique à l'Université Carnegie Mellon, s’est posé la même question. Dans un article récent, ses collègues et lui ont élaboré une méthode pour quantifier la position de différentes batteries à composés chimiques dans ce qu'ils appellent le « cycle Hype ».
 
Les chercheurs ont utilisé le taux de nouveaux documents techniques publiés sur un type de batterie particulier pour déterminer sa position dans ce qu'ils appellent le cycle Hype : allant de l'initial « déclenchement de l’innovation » (Innovation trigger) au « pic des attentes exagérées » (Peak of Inflated Expectations) jusqu’à l’éventuel  « plateau de productivité » (Plateau of productivity), où les batteries lithium-ion (Li-ion) se trouvent aujourd’hui.
 
Le graphique montre quelques classes différentes de technologies de batteries : Ion de magnésium (Mg-ion), Ion de sodium (Na-ion) et lithium à base de souffre (Li-S). Celles-ci fonctionnent sensiblement comme les batteries Li-ion que l’on connaît, mais elles auraient le potentiel de les dépasser par rapport à la densité d'énergie  (c.-à-d. à quel point la batterie est petite/légère.) et au coût. Plus particulièrement, les batteries Li-S ont le potentiel d'être considérablement moins chers que les batteries Li-ion classiques en raison du faible coût du soufre. Cependant, les batteries Li-S actuelles souffrent d’instabilités qui provoquent une énorme baisse de l'efficacité et une plus grande autodécharge. De plus, les électrodes des batteries Li-S peuvent gonfler de près de 80% puisque les ions circulent autour de la cellule, il est donc difficile de concevoir des matériaux qui peuvent contenir la batterie. Néanmoins, la technologie des batteries Li-S est l’une des plus prometteuses pour l'avenir, alors qu’elle vient de franchir le « pic d'attentes démesurées » identifié par Viswanathan et ses étudiants.
 
Mis à part les Li-ion, le seul type de batterie à composés chimiques qui a dépassé le  « creux de désillusion» (trough of disillusionment) et s’est approché de la « pente de l'illumination »  (slope of enlightenment) est la lithium-air (Li-air). La Li-air a un énorme potentiel pour battre la Li-ion, car elle utilise une technique fondamentalement différente pour stocker l'énergie. La cellule de la batterie utilise du lithium métallique sur son côté négatif et réagit avec l'oxygène de l'air sur le côté positif. Parce que l'un des réactifs dans la batterie est de l'air, en théorie, vous avez besoin d’au moins la moitié des matériaux de batterie pour stocker la même quantité d'énergie, et le poids de la batterie peut ainsi être réduit de moitié. Cela est particulièrement attrayant pour les véhicules électriques, qui profiteraient grandement de batteries plus petites. Cependant, les batteries Li-air ont encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir égaler le coût et la durée de vie des batteries Li-ion classiques et d'atteindre le « plateau de productivité. »
 
L'étude de Viswanathan est utile, car elle permet de mettre la position de différentes technologies de batteries en perspective. Bien qu'il existe un grand nombre  d’innovations intéressantes à l'horizon, la Li-ion est encore la meilleure quand on parle de véhicules électrique, d’appareils électroniques portables et d’applications en réseau. Peut-être que d’ici les prochaines années, nous verrons la Li-air rattraper la Li-ion. Cela permettrait aux véhicules électriques de devenir de sérieux compétiteurs aux véhicules à essence ou au diesel. Mais la Li-air a encore une longue « pente de l'illumination » devant elle avant de pouvoir vraiment rivaliser avec la Li-ion, sans parler des combustibles fossiles.
 
Source : Blogue Scientific American 
Contribution : Peggy Bédard