Alternatives au lithium : quelles options pour remplacer ce matériau ?

Les batteries au lithium dominent actuellement le marché des dispositifs électroniques, des voitures électriques aux smartphones. Les préoccupations liées à l’approvisionnement limité de ce métal et à son impact environnemental poussent chercheurs et industriels à explorer d’autres options viables.

Parmi les solutions envisagées figurent les batteries au sodium, qui utilisent des matériaux plus abondants et moins coûteux. D’autres alternatives comme les batteries au zinc-air ou au magnésium promettent aussi des performances intéressantes, tout en étant plus respectueuses de l’environnement. Ces innovations pourraient bien révolutionner notre manière de stocker et utiliser l’énergie.

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Les limites du lithium dans les batteries actuelles

Les batteries lithium-ion contrôlent plus de 90 % du marché mondial des réseaux électriques et ont entraîné une baisse de 85 % des prix des véhicules électriques. Leur production pose de sérieux problèmes environnementaux. Pour produire une tonne de lithium, on consomme 2,2 millions de litres d’eau, ce qui nuit aux sols et peut entraîner une contamination de l’air. Mario Pagliaro, expert reconnu, souligne que le recyclage des batteries au lithium est un besoin inévitable.

Microsoft, par la voie de Jason Zander, annonce vouloir réduire l’utilisation de ces batteries et miser sur l’intelligence artificielle pour accélérer les découvertes scientifiques. L’objectif est de compresser 250 ans de découvertes en seulement 25 années. Cette ambition pourrait transformer la manière dont nous abordons la recherche et le développement de nouvelles technologies énergétiques.

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Les entreprises et chercheurs se tournent donc vers des alternatives plus durables. Parmi elles, les batteries sodium-ion se distinguent par leur utilisation de matériaux plus abondants et moins coûteux. Des sociétés comme CATL, BYD et Faradion investissent massivement dans cette technologie. Le sodium, un proche cousin chimique du lithium, présente des avantages notables malgré une densité énergétique moindre.

Le magnésium émerge comme une alternative prometteuse. Capable de transporter une charge plus importante que le lithium, il pourrait offrir une solution viable pour des applications nécessitant des performances élevées. L’exploration de ces pistes technologiques est fondamentale pour répondre aux défis environnementaux posés par l’actuelle domination des batteries au lithium.

Le sodium : une alternative prometteuse

Le sodium, proche cousin chimique du lithium, offre une alternative significative aux batteries lithium-ion. Trois fois plus lourd que le lithium, il se distingue par son abondance et son coût moindre. L’Institut technologique de Karlsruhe, sous la direction de Stefano Passerini, explore les potentialités des batteries sodium-ion, en utilisant l’eau de mer comme source de sodium.

Des entreprises comme KPIT, Tiamat et Northvolt investissent massivement dans cette technologie. KPIT a développé des batteries sodium-ion avec une densité énergétique allant de 100 Wh/kg à 170 Wh/kg. Tiamat, après avoir levé 30 millions d’euros, prévoit la construction d’une usine de production de 5 GWh. Northvolt a validé des cellules de batteries sodium-ion à 160 Wh/kg, confirmant ainsi le potentiel de cette technologie.

• CATL : a développé une chaîne industrielle de base pour les batteries sodium-ion.
• BYD : a commencé la construction d’une usine de batteries sodium-ion de 30 GWh par an.
• HiNa : a mis en service une ligne de production de batteries sodium-ion à l’échelle du gigawattheure.

Le rachat de Faradion par Reliance Industries en 2021 souligne l’intérêt croissant pour ces alternatives. Acculon Energy et Natron Energy annoncent la production en série de modules et packs de batteries sodium-ion, avec une mise en marché prévue dès 2023. Dans ce contexte, Peak Energy et Wärtsilä, avec leurs initiatives respectives, cherchent à consolider leur position sur ce marché en pleine expansion.

Le magnésium et ses avantages

Le magnésium, souvent méconnu, se profile comme une alternative de poids aux batteries lithium-ion. Ce métal, plus abondant et moins coûteux que le lithium, présente des atouts non négligeables. Effectivement, le magnésium peut transporter une charge plus importante, augmentant ainsi la densité énergétique des batteries.

Des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley, sous la direction de l’équipe de David Prendergast, travaillent sur le développement de batteries magnésium-ion. Leurs travaux visent à surmonter les défis liés à la stabilité chimique et à l’efficacité des électrolytes. Ces batteries pourraient offrir une durée de vie plus longue et une meilleure sécurité que leurs homologues au lithium.

• Abondance : le magnésium est le huitième élément le plus abondant sur Terre.
• Coût : son extraction est moins coûteuse que celle du lithium.
• Capacité de charge : il peut transporter deux fois plus de charge que le lithium.

Des entreprises comme Pellion Technologies et Toyota Research Institute investissent dans cette technologie. Pellion Technologies a déjà annoncé des prototypes de batteries magnésium-ion fonctionnels, visant une application commerciale d’ici 2025. Toyota, quant à lui, explore les applications potentielles dans les véhicules électriques, avec pour objectif de réduire les coûts de production et d’améliorer la performance énergétique. Le magnésium, avec ses avantages indéniables, pourrait bien révolutionner le marché des batteries.

Autres matériaux potentiels pour remplacer le lithium

Le fer, bien que souvent associé à des applications plus traditionnelles, pourrait devenir une alternative viable aux batteries lithium-ion. Selon des publications de Bloomberg, le fer possède un meilleur potentiel d’oxydoréduction que le lithium. Des entreprises comme Eos Energy, sous la direction de Francis Richey, explorent cette piste en fabriquant des batteries à l’halogénure de zinc, qui utilisent le fer comme élément clé.

Le silicium, autre candidat prometteur, est étudié par Apparao M. Rao au Clemson Nanomaterials Institute. Ce matériau pourrait rendre les batteries plus légères et plus sûres. Les chercheurs se concentrent sur l’intégration du silicium dans les anodes des batteries pour améliorer leur densité énergétique et leur durée de vie.

Le chanvre, une plante souvent négligée, se révèle être un matériau surprenant pour les batteries. La société Bemp Research Corp a mis en évidence que le chanvre pourrait devenir un élément clé des batteries de véhicules électriques. Effectivement, les fibres de chanvre, lorsqu’elles sont traitées, peuvent créer des supercondensateurs à haute performance.

Le zinc, quatrième métal le plus produit au monde, présente plusieurs avantages : abondant, bon marché, et doté d’une infrastructure de recyclage mature. Les batteries zinc-halide, développées par Eos Energy, sont plus stables et ont une durée de vie plus longue, ce qui les rend attractives pour des applications à grande échelle. Francis Richey, employé chez Eos Energy, a déclaré que ces batteries pourraient bien surpasser les performances des batteries lithium-ion actuelles.