Trois grandes familles
LES HISTORIQUES AU PLOMB
Peu onéreuses, les batteries au plomb servent pour le démarrage des véhicules. Sur ce marché, l’américain Clarios (ex-Johnson Controls) dit équiper une voiture sur trois sur la planète. Son homologue EnerSys est spécialiste des batteries industrielles. Ses solutions sont utilisées comme batteries de traction (chariots élévateurs, robots AGV) et pour du stockage (datacenters). Les batteries au plomb reposent sur des électrolytes liquides, gélifiés et AGM – où l’électrolyte est absorbé par un séparateur en fibre de verre.
LES SPÉCIALISTES DU NICKEL
Les batteries au nickel-cadmium (Ni-Cd) se caractérisent par leur robustesse, leur longévité et une faible maintenance. Saft « équipe 100 % des Airbus et nombre d’infrastructures critiques en batteries de secours au nickel-cadmium. Dans le ferroviaire, CRRC [le géant chinois du train, ndlr] fait partie de nos plus gros clients », rappelle une porte-parole. Autre technologie : les batteries au nickel-hydrure métallique (Ni-MH) sont utilisées dans les voitures hybrides. Mais le lithium-ion gagne du terrain. C’est le cas chez Toyota.
LES CHAMPIONNES AU LITHIUM-ION
Le lithium-ion abrite une multitude de déclinaisons. La cathode repose souvent sur un alliage de nickel, de manganèse et de cobalt (NMC). Tesla travaille sur un mélange nickel-cobalt-aluminium (NCA). La cathode peut aussi être en lithium- fer-phosphate (LFP). Cette option offre une densité d’énergie moindre, mais n’embarque pas de cobalt ni de nickel. ACC dit vouloir industrialiser les technologies NMC et LFP. Les batteries Li-ion affichent en moyenne des densités supérieures à 200 Wh/kg, contre environ 30 Wh/kg pour le plomb-acide classique.
... Et des innovations prometteuses
LE SODIUM-ION, ALTERNATIVE AU LI-ION
Le sodium-ion (Na-ion) est présenté comme une alternative au lithium-ion. La technologie est similaire. La différence réside dans le fait que des ions sodium remplacent les ions lithium. Ces accumulateurs sont plus robustes que le Li-ion, mais leur densité énergétique est moindre. La société française Tiamat évoque un niveau de 120 Wh/kg. Cette spin-off du Réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie (RS2E) teste déjà sa solution sur des scooters et sur des bus (pour du démarrage).
LE LITHIUM-SOUFRE, L'ATOUT DE LA DENSITÉ
De retour dans le vaste univers du lithium, les batteries lithium-soufre (Li-S) auraient comme principal avantage une importante densité énergétique. Aux États-Unis, la start-up NexTech espère déployer des prototypes de ses modules pour l’industrie automobile d’ici à la fin 2021. Elle affirme être déjà parvenue à développer des prototypes affichant une densité d’environ 400 Wh/kg. Le groupe français Armor a annoncé qu’il lui fournirait des collecteurs de courant innovants.
TOUT SOLIDE, LE CŒUR DE LA RECHERCHE
Au cœur des travaux de recherche, les batteries tout solide représentent un saut technologique d’ampleur. Ces solutions vont permettre d’améliorer la sécurité. Des gains en densité d’énergie sont aussi attendus. « Des technologies hybrides solides devraient être produites en masse vers 2024 ou 2025. Le tout solide arrivera plutôt dans huit à dix ans », estime Séverine Jouanneau, du CEA-Liten. Une batterie solide existe déjà : celle de Bolloré au lithium-métal-polymère. Mais elle doit être maintenue à 60 °C en permanence.
LE LITHIUM-AIR, LE NIVEAU ULTIME
C’est un peu le graal du stockage électrochimique. Les batteries lithium-air (Li-air) reposent sur une anode en lithium-métal, tandis que l’oxygène de l’air agit comme la cathode. Leur densité énergétique pourrait être dix fois plus élevée que celle des accumulateurs Li-ion actuels. Parfait pour la mobilité. Mais les défis techniques restent considérables. Dans la même veine que le lithium-air, certains travaillent sur des batteries au zinc-air. C’est le cas de la filiale d’EDF, ZnR Batteries, plutôt pour des usages stationnaires.
