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Quand on imagine le futur de l’utilisation énergétique de l’humanité, la super batterie se trouve forcément dans la liste.

Stocker l’énergie est une des choses les plus importantes pour empêcher le gaspillage énergétique. Dans la crise énergétique et écologique dans laquelle nous nous trouvons, obtenir de meilleure batterie est un impératif difficile à surestimer. C’est un des facteurs clés de la transition énergétique que nous attendons tous.

Le mot batterie inclut en réalité plusieurs choses. Il y a les piles à combustible, les batteries d’accumulateurs et les supercondensateurs. Mais on est tous familier avec tout ça, de la simple pile dans l’horloge de la cuisine, aux batteries dans nos smartphones, perceuses électriques, caméra, ordinateurs, voitures et d’innombrables objets qui facilite la vie moderne. C’est quand même pratique de pouvoir faire fonctionner un objet électrique sans qu’il soit branché.

La technologie la plus performante c’est la batterie au lithium ion qui a été inventé dans les années 1980 et qui est depuis devenu le standard pour alimenter les objets électroniques. Ce type de batterie a encore une bonne marge d’amélioration puisque Tesla a réussi à faire baisser le coût de leur batterie par 2 et augmenter la capacité de 60% entre 2008 et 2015. Et ils vont continuer à le faire en construisant le plus grand bâtiment jamais érigé par l’être humain. La giga factory. La première se situe dans le Nevada, et une autre sera construite à Shanghai.

D’une manière générale, le coût des batteries lithium ion a baissé drastiquement en peu de temps.

Mais il y a plusieurs problèmes avec ce type de batterie :

Elles ont un impact environnemental important, car il faut aller chercher le lithium, le cobalt et les autres matières premières. Ce qui veut dire extraction minière donc déforestation, contamination des sources d’eaux et dans certains pays, violations des droits de l’homme.

Bien que les batteries aux lithiums peuvent être en train grand parties recycler, il est plus économique pour un producteur de miner les matières premières (cobalt, lithium, fer, nickel, etc.) plutôt que de recycler les batteries usagées. Forcément à ce rythme-là, on va finir par épuiser les réserves (pas forcément dans 10 ans, mais sur le long terme, c’est inévitable si on continue comme ça). Surtout avec l’explosion de l’adoption des voitures électriques. (Dont j’ai déjà parlé dans une précédente vidéo). Donc il faut soit rendre le recyclage moins cher, ou alors trouver de nouvelle batterie.

Elles peuvent être dangereuses si elles sont endommagées. Je parle carrément d’explosion là.

Elles ont une durée de vie limitée entre 300 et 500 cycles de charge. Et les performances diminuent avec le temps.

Et enfin, elles offrent un stockage important, mais ce n’est pas non plus la folie. Si on utilise souvent son smartphone ou son portable, il faut le recharger tous les jours. Et les voitures électriques sont à peine en train d’avoir des autonomies acceptables pour satisfaire les utilisateurs. Ces limites freinent des innovations technologiques.

Donc tout ça pousse et motive de nombreuses entreprises et chercheurs à trouver de nouvelle solution pour stocker et alimenter les objets du quotidien. Les constructeurs automobiles sont d’ailleurs parmi les plus gros investisseurs puisqu’ils sont bien conscients que le futur de leur industrie c’est les voitures électriques, et donc les batteries. Toyota par exemple a investi 14 milliards pour commercialiser un nouveau type de batterie dès le début des années 2020 avec 200 employés dédiés à la recherche. Ce n’est donc qu’une question de temps avant de voir de réelle alternative au lithium sur le marché. Et nous en avons déjà trouvé plusieurs qui sont pleines de promesses. Voici une petite liste non exhaustive.

1.Batterie à l’aluminium

Des recherches pour remplacer le lithium par de l’aluminium ont été menées depuis plusieurs années qui offre la promesse d’être plus sûr et moins cher que le lithium ion. En effet, l’aluminium est le 3e élément le plus abondant sur la planète.

2.Les batteries solides (Solid state batteries)

Pour faire simple, une batterie fonctionne avec une anode (la partie négative), une cathode (la partie positive) et l’électrolyte qui permet le passage des ions électriques entre le + et le -. Dans les batteries Lithium ion, l’électrolyte est liquide. Dans les batteries solides, l’électrolyte est solide.

Alors c’est quoi l’avantage du solide plutôt que du liquide. Et bien déjà, ces batteries offrent une sécurité sans précédent puisqu’il est carrément possible de faire un trou dedans, voir même la couper en deux pendant qu’elle est utilisée, et elle va continuer à fonctionner. C’est assez fou !

Ensuite la densité énergétique est bien supérieure aux batteries lithium ce qui veut dire que l’on peut utiliser de plus petites batteries pour obtenir le même niveau énergétique. Donc en gros avec une batterie de la taille d’un timbre poste, vous aurez la même énergie que la grosse batterie de votre smartphone. Des plus petites batteries signifient moins de matière première et moins de coût de fabrication, donc le produit vendu est moins cher. Les constructeurs pourront également compacter ces petites batteries en grande quantité ce qui augmentera la charge des appareils.

L’autre avantage non des moindres, c’est que la batterie solide n’utilise pas de cobalt, et le lithium pourrait être remplacé par une matière biodégradable et abondante comme du sodium. Le cycle de charge est plus de 40 fois supérieur aux batteries lithium ion avec plus de 23 000 cycles. Donc la durée de vie sera de plusieurs décennies, au lieu de 2-3 ans.

3.Supercondensateurs en graphène

Les supercondensateurs ont un avantage par rapport aux batteries classiques, c’est la puissance énergétique qu’ils peuvent délivrer en quelques instants. Ce qui est souhaitable pour recharger rapidement une voiture ou délivrer rapidement de l’électricité pour une ville lors d’un pic de demande. Ajouté à cela une durée de vie bien plus importante. La raison pour laquelle nous n’utilisons pas plus de supercondensateurs, c’est, car la densité énergétique est trop faible comparé aux batteries lithium ion. Ce qui ferait que nos appareils électriques ne tiendraient pas la charge.

En gros le saint Graal des recherches en stockage énergétique c’est de combiner la densité énergétique du lithium ion, avec la puissance énergétique des supercondensateurs. Allié autonomie et rapidité de recharge.

Et ils se trouvent que c’est possible grâce à la super star des matériaux : Le graphène.

Le graphène est une couche de carbone très fine. Quand je dis fine, c’est une épaisseur d’un atome. Son arrangement atomique en hexagone fait du graphène l’un des matériaux les plus solides jamais découverts en étant 100 fois plus solides que l’acier, tout en étant plus légers que du papier, supraconducteur, et transparent. Il y a de grandes probabilités que ce soit le nouveau silicium, permettant des puces électroniques plus rapides, des panneaux solaires drastiquement plus performants, il pourrait même être le meilleur moyen de purifier l’eau et évidemment, de concevoir des batteries aux capacités révolutionnaires.

On parle de charger un téléphone, un ordi ou une voiture en quelques secondes à quelques minutes. Et virtuellement aucune dégradation par cycle de charge ce qui implique une durée de vie quasi illimitée. Le graphène est fait à partir de carbone, 4e élément le plus abondant dans l’univers, très abondant sur Terre puisque la vie est basée sur le carbone et a une très faible toxicité pour la faune et la flore. En d’autres termes, le coût environnemental pour produire du graphène est très faible, ce qui est une très bonne nouvelle pour arrêter d’utiliser les matières rares sur Terre.

Donc les choses avancent très vite dans la recherche pour produire des batteries plus efficaces, moins chères, et plus écologiques. Je n’ai pas inclus toutes les autres recherches en cours comme les batteries à fluorure, Batterie redox vanadium, Accumulateur lithium-air donc si vous êtes un spécialiste, n’hésitez pas à apporter des précisions dans les commentaires.

De meilleures batteries vont pousser encore plus l’adoption des énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien. Car l’un des problèmes avec ce type de production énergétique c’est qu’elle ne coïncide pas forcément avec la demande de la population. Par exemple pour le solaire, la demande en énergie augmente lorsque le soleil se couche, car les gens rentrent du boulot, utilisent leurs appareils, les lumières de la ville s’allument, etc. Pour que ce soit viable, il faut stocker l’énergie produite dans la journée. C’est déjà possible à petite échelle avec par exemple le tesla powerwall pour une maison.

Tesla est même allé encore plus loin puisqu’ils ont installé un pack de batterie dans le sud de l’Australie capable d’alimenter un état entier grâce à une ferme éolienne lorsque la demande est trop élevé pour les centrales électriques classiques. L’état a déjà économisé plus de 35 millions grâce à cette initiative proposée par Elon Musk en 2017.

C’est un exemple qui indique clairement comment des villes entières seront alimentées lorsque des packs de batteries solides ou en graphène seront installés !

Ensuite de meilleures batteries vont encore plus précipiter l’adoption des véhicules électrique puisque lorsqu’on pourra faire plus de 1000 km en une seule charge, et que charger sa voiture prend 5 min, il n’y a plus d’excuse du coup !

Toutes ces innovations ne vont pas arriver sur le marché l’année prochaine, mais on peut entrevoir ce qu’il se trouve au bout du chemin en termes de stockage énergétique. Et vu qu’il y a des intérêts économiques extrêmement importants en jeu, on peut être quasi sur ces recherches ne resteront pas dans les laboratoires.

Je pense qu’on va bien se marrer dans 10-20 ans lorsque l’on se rappellera qu’on devait attendre des heures pour charger nos appareils et que le lendemain, ils étaient à nouveau vides.

Je ne sais pas vous, mais ce genre d’innovations me donne de l’espoir sur notre capacité à effectuer une transition énergétique, et de sortir enfin de l’ère des énergies fossiles.

Références :

https://www.youtube.com/watch?v=XjX3deXDtnQ&index=19&list=WL

https://www.youtube.com/watch?v=dOn-L6nUS54&t=43s&index=5&list=WL

https://www.youtube.com/watch?v=DquKi28Lwmo&index=14&list=WL

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