5 ans pour réinventer la batterie: le pari à 50M$ du Département US de l’Énergie

La demande de batteries lithium-ion pour alimenter les voitures, les ordinateurs portables et les téléphones mobiles ayant explosé ces dernières années, le monde s’est lancé dans une course effrénée pour trouver les matières premières nécessaires à la fabrication de ces batteries. La demande croissante de lithium – ainsi que de ses partenaires chimiques, le cobalt et le nickel – pourrait être difficile à satisfaire.

Le ministère américain de l’énergie (DOE), six de ses laboratoires nationaux et huit partenaires universitaires, dont Virginia Tech, entrent en jeu. Le ministère de l’énergie a accordé à ce groupe, connu sous le nom de consortium LENS (Low-cost Earth-abundant Na-ion Storage), 50 millions de dollars sur les cinq prochaines années pour rechercher des solutions de remplacement.

Le consortium LENS a pour objectif de développer des batteries sodium-ion à haute énergie et à longue durée de vie en utilisant des matériaux sûrs, abondants et peu coûteux. Cette initiative répond à un besoin essentiel de réduire la dépendance des États-Unis à l’égard des éléments limités et stratégiquement importants utilisés dans les batteries lithium-ion, ouvrant ainsi la voie à un avenir plus durable pour la technologie des véhicules électriques.

Feng Lin, professeur de chimie à Virginia Tech, apportera son expertise dans la recherche de la meilleure combinaison de matériaux, de chimie et de fabrication pour rendre les batteries plus respectueuses de l’environnement et plus abordables.

« Notre monde est à la veille d’un changement profond dans la manière dont nous alimentons notre vie quotidienne », a déclaré M. Lin. « Grâce à l’expertise combinée du consortium LENS, nous avons maintenant une occasion unique de mettre au point de nouvelles technologies de batteries pour les véhicules électriques et de former une nouvelle génération de scientifiques et d’ingénieurs qui contribueront à l’innovation et à la fabrication de batteries au niveau national.

Cet effort intervient à un moment où la réduction de la dépendance des États-Unis à l’égard d’éléments essentiels des batteries lithium-ion est vitale pour l’avenir de la technologie des batteries pour véhicules électriques.

Paul Kearns, directeur du laboratoire national d’Argonne, l’agence chef de file, a indiqué pour sa part que le consortium LENS « ferait progresser la technologie des batteries sodium-ion et contribuerait à un avenir énergétique propre pour tous. Notre expertise scientifique et nos collaborations dynamiques dans ce domaine important renforceront la compétitivité des États-Unis ».

À l’heure actuelle, les batteries lithium-ion dominent le marché mondial du stockage de l’énergie, en particulier pour les véhicules. Elles alimentent des appareils allant des smartphones aux véhicules électriques et peuvent stocker de l’énergie provenant de sources renouvelables telles que le soleil et le vent. Toutefois, il devient difficile de produire de plus en plus de batteries lithium-ion pour alimenter nos voitures et nos appareils.

« Cela fait des années que je parle des difficultés liées à la mise à l’échelle des batteries lithium-ion », a ajouté M. Lin. « Nous n’avons pas suffisamment accès aux matériaux dans notre pays et il est difficile de se les procurer à l’étranger. »

Comme l’explique M. Lin, les batteries au lithium nécessitent également du cobalt et du nickel. Le cobalt, par exemple, est principalement extrait dans un seul endroit, la République démocratique du Congo.

Il en va tout autrement du sodium. Les États-Unis sont particulièrement bien placés pour fournir à la fois les matières premières et les innovations nécessaires à la technologie sodium-ion, car une grande partie du chlorure de sodium (sel de table) et du carbonate de sodium produits dans le monde se trouve sur leur territoire. Les batteries sodium-ion ont le potentiel d’éliminer non seulement le lithium dans certaines applications, mais aussi le cobalt et le nickel, offrant ainsi une solution plus abordable et plus durable. Toutefois, les batteries sodium-ion stockent actuellement moins d’énergie par unité de poids et de volume, ce qui se traduit par une autonomie plus faible – un obstacle à la concurrence des batteries lithium-ion.

« Le problème que nous devons résoudre est que les batteries sodium-ion sont plus lourdes que les batteries lithium-ion par unité d’énergie stockée », a dit encore M. Lin. « Mais le potentiel est énorme : les batteries sodium-ion pourraient à la fois réduire le coût de la fabrication nationale et offrir une charge plus rapide ainsi que des caractéristiques de sécurité uniques. »

Venkat Srinivasan, directeur du consortium LENS et directeur du Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science, a conclu : « Le défi à relever consiste à améliorer la densité énergétique des batteries sodium-ion de manière à ce qu’elle égale puis dépasse celle des batteries lithium-ion à base de phosphate, tout en réduisant ou en éliminant l’utilisation de tous les éléments critiques. Il est important que les améliorations ne compromettent pas d’autres paramètres de performance tels que la durée de vie et la sécurité ».

Légende illustration : Feng Lin. Photo by Luke Hayes for Virginia Tech.

Source : Virginia Tech – Traduction Enerzine.com