Piles, smartphones, moteurs de voiture... quelles alternatives à la polluante batterie au lithium ?

Piles, smartphones, moteurs de voiture... quelles alternatives à la polluante batterie au lithium ?
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SOLUTIONS - Dans notre téléphone portable, nos ordinateurs, et désormais de plus en plus dans nos voitures... Les batteries au lithium, inventées dans les années 80, sont partout. Malgré tout, leur production est très polluante, et leur recyclage, aussi compliqué. Plusieurs alternatives sont malgré tout en train d’émerger. Tour d’horizon.

Il y a un peu plus d'un mois, l'Union européenne attribuait à 17 entreprises une aide de 3,2 milliards d'euros pour développer une filière européenne des batteries électriques. L'objectif du projet, qui court jusqu'en 2031, est de développer des batteries lithium-ion à destination du secteur des transports "qui ont une plus longue durée de vie", "se rechargent plus vite" et "sont plus sûres et plus respectueuses de l'environnement que les batteries actuellement sur le marché".

Si les batteries lithium-ion sont actuellement essentielles au fonctionnement de nombreux appareils et des véhicules électriques, leur production reste encore très polluante et souvent peu éthique, certains composants étant extraits dans des pays en voie de développement où la protection des travailleurs est inexistante. D'autres solutions plus vertueuses émergent cependant. LCI vous en présente quelques-unes.

Une batterie au sodium à la charge ultra-rapide

Parmi les innovations les plus prometteuses se trouve celle de la start-up française Tiamat, créée en 2017 et basée à Amiens. Après plusieurs années de recherche menées dans des laboratoires du Réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie, porté par le CNRS, elle a réussi à mettre au point une batterie à recharge ultra-rapide à base de sodium. Les avantages de ce nouveau composé sont nombreux, à commencer par sa disponibilité. Présent dans l'eau de mer, il est en effet bien plus abondant et plus accessible dans la nature que le lithium et le cobalt utilisés dans la fabrication des batteries lithium-ion. Le sodium est aussi bien moins cher à extraire. 

Les électrodes de ce type de batterie sont également plus vertueuses pour l'environnement. Au lieu de contenir du cobalt, comme les batteries lithium-ion, majoritairement extrait en République Démocratique du Congo dans des conditions bien souvent peu éthiques et raffiné en Chine, elles sont composées d'aluminium et de sodium enrichi. Le graphite, utilisé dans les électrodes des batteries au lithium-ion et issu d'activités minières en Chine, est également remplacé par du "hard carbon", une forme de carbone moins dense que le graphite et issu soit de matière végétale, soit de pétrole.

Ce type de batteries peut également se recharger dix fois plus rapidement qu'une batterie au lithium et peut de plus subir un nombre de cycles de recharge dix fois plus important. Sa durée de vie en est donc prolongée, et ce d'autant plus que la chauffe au fonctionnement est moins importante.

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Lors d'une visite à Amiens en décembre dernier, Emmanuel Macron a fait démarrer un bus équipé de cette technologie.

Des essais sur des trottinettes et des scooters électriques en région parisienne sont actuellement en cours, tandis que le fondateur de l'entreprise, Laurent Hubard, affirme dans les colonnes du média spécialisé Industrie & Technologies que les batteries au sodium pourraient à terme équiper des véhicules hybrides pour "fournir la puissance au démarrage et récupérer l'énergie de freinage" ou des voitures 100% électriques avec une autonomie de l’ordre de 200 km. Celle-ci serait là plus faible qu'avec une technologie au lithium-ion, mais ces batteries auraient néanmoins l'avantage de se recharger en cinq minutes, explique-t-il.

L’industrialisation de la filière des batteries au sodium-ion a démarré en novembre 2019, pour un début de commercialisation espéré dès cette année.

La batterie au lithium soufre, vers une autonomie de 1000 km pour les véhicules électriques ?

Le 4 janvier dernier, des chercheurs australiens ont de leur côté annoncé avoir développé une batterie au lithium-soufre à l'autonomie révolutionnaire. Selon leurs calculs, elle pourrait permettre à des smartphones de fonctionner cinq jours d'affilée. Des prototypes ont déjà été développés en Allemagne. La technologie doit aussi être testée au cours de l'année 2020 en Australie sur des véhicules électriques. L'étude, publiée dans la revue Science Advances, suggère que ceux-ci pourraient rouler sur une distance supérieure à 1000 kilomètres sans avoir besoin de s'arrêter à une borne de recharge. "La fabrication et l'intégration réussie de batteries au lithium-soufre dans les voitures [...] révolutionna le marché australien des véhicules et fourniront à tous les Australiens un marché de l'énergie plus propre et plus fiable", affirme dans un communiqué l'un des chercheurs, officiant à l'université de Monash, non loin de Melbourne.

Selon les chercheurs, cette technologie présente plusieurs avantages pour l'environnement. Sa plus longue autonomie permet d'une part de réduire le nombre de recharges, et donc l'utilisation d'électricité, tandis que ses matériaux sont présents de façon "abondante" dans la nature. La méthode de fabrication de ces batteries entraînerait d'autre part "des réductions significatives des déchets dangereux pour l'environnement".

Une batterie au magnésium pour plus d’énergie et un impact environnemental moindre

Nouvelle prouesse française : la batterie au magnésium. Fin 2018, des chercheurs nantais et picards annonçaient dans la revue Nature Communication avoir réussi à augmenter l’énergie d’une batterie au lithium en remplaçant 50% de ce composé par du magnésium, plus stable et capable de stocker davantage d’énergie. "Cela nous a permis d’élaborer une batterie Li-ion organique affichant une tension de 2,5 Volts, expliquait à l’époque à 20 Minutes Philippe Poizot, membre de l’équipe de recherche. Au niveau mondial, c’est un record. Un tel bénéfice était complètement inattendu."

Abondant, facile à recycler et non toxique, le magnésium pourrait ainsi permettre "le développement de batteries à faible impact environnemental", affirment les chercheurs dans un communiqué. Cette technologie est si prometteuse que les chercheurs français sont loin d’être les seuls à travailler dessus. Le constructeur automobile japonais Toyota s’y intéresse par exemple depuis plusieurs années déjà. Son centre de recherche, Toyota Research Institute of North America (TRINA), a même publié une première étude en 2015, espérant ainsi que d’autres scientifiques s’emparent du sujet pour faire avancer la recherche. La marque estime cependant qu’il faudra encore une vingtaine d’année pour voir cette technologie débarquer sur le marché.

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