Crise des batteries au lithium : quelles sont les alternatives ?

Crise des batteries au lithium : quelles sont les alternatives ?

À l'ère de l'électrification, les batteries rechargeables nous semblent aujourd'hui banales. Qu'il s'agisse de téléphones, d'ordinateurs portables ou d'appareils photo de haute technologie, ces batteries ont une chose en commun. Elles sont toutes composées de lithium.

Les batteries lithium-ion (Li-ion) ont pris le monde d'assaut ces dernières années. Elles constituent aujourd'hui l'option de stockage la plus populaire, contrôlant plus de 90 % du marché mondial des réseaux électriques. Et elles stockent l'énergie efficacement, pendant une longue période.

Mais leur utilisation la plus notable aujourd'hui est celle des véhicules électriques.

Au cours de la dernière décennie, l'explosion de la production de batteries lithium-ion a entraîné une baisse de 85 % des prix, rendant les voitures électriques commercialement "viables" pour la première fois dans l'histoire.

Les batteries ouvrent la voie à un avenir sans dépendance aux combustibles fossiles, ce qui est crucial si nous voulons ralentir le changement climatique.

Mais le lithium n'est pas l'élément chimique le plus respectueux de l'environnement que nous pourrions utiliser. En Amérique du Sud, d'énormes réserves de lithium consomment des quantités très importantes d eau, provoquant des conflits dévastateurs entre les populations locales. Il faut, en effet,  2,2 millions de litres d'eau pour produire une tonne de lithium.

L'extraction du lithium nuit également aux sols et peut entraîner une contamination de l'air.

Nombreux sont ceux qui soulignent que les batteries Li-on peuvent être recyclées, ce qui est certainement un avantage car cela signifie qu'elles peuvent être réutilisées à l'infini sans qu'il soit nécessaire de procéder à une extraction à chaque fois.

Mais cette pratique n'est pas encore universellement établie et le recyclage des batteries a fait de maigres progrès ces dernières années. Si nous voulons continuer à compter sur les batteries au lithium, il faut donc améliorer la situation. Comme le dit chimiste italien et spécialiste de l'énergie solaire Mario Pagliaro dans une étude récente, "la réutilisation et le recyclage des batteries au lithium n'est plus une option mais un besoin inévitable pour les fabricants de batteries et de véhicules électriques".

En attendant, beaucoup cherchent une solution de remplacement. D'autant que rien ne garantit que nous pourrons trouver suffisamment de matière première pour répondre à la demande.

Que pouvons-nous utiliser à la place du lithium dans les batteries ?

Le sel

Le sel, ou sodium, est un proche cousin chimique du lithium. Bien qu'il s'agisse d'un élément très similaire, il n'a pas le même impact sur l'environnement, ce qui signifie qu'il pourrait être une option envisageable pour le remplacer.

La solution pourrait être les batteries sodium-ion. La technologie sodium-ion ne consomme aucune ressource rare - et sa production ne nécessite pas de sels de lithium rares - le simple sel de table suffit.

Cependant, le sodium est trois fois plus lourd que le lithium, ce qui signifie que les batteries sodium-ion sont également plus lourdes. Les batteries au sodium peuvent également être moins puissantes car la tension de leurs cellules est plus faible.

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Le sel est un ingrédient présenté comme l'une des meilleures alternatives au lithium. - Canva

L'eau de mer

Une équipe de chercheurs de l'Institut technologique de Karlsruhe est partie du constat tout bête qu'il y a du sel dans l'eau de mer. Donc, ces scientifiques ont développé un prototype de batterie utilisant de l'eau de mer. Et d'après l'un des membres de cette équipe, Stefano Passerini, spécialiste en électrochimie, des investisseurs de Corée du Sud seraient même intéressés par leurs travaux.

Les océans du monde contiennent environ 180 milliards de tonnes de lithium. Mais comme il est dilué, les chercheurs conçoivent de nombreux filtres pour tenter d'extraire sélectivement l'eau de mer du lithium, afin de l'utiliser à bon escient.

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Une équipe allemande a mis au point un prototype de batterie à base d'eau de mer. - Canva

Le fer

Le fer pourrait peut-être être un excellent substitut du lithium. On pense que cet élément chimique a un meilleur "potentiel d'oxydoréduction", c'est-à-dire un potentiel de réduction dans le jargon scientifique, car il ne perd pas son efficacité rapidement.

En septembre de l'année dernière, un article publié par Bloomberg, a mis en évidence une entreprise du secteur des énergies renouvelables aux Etats-Unis, qui a massivement investi dans des batteries reposant sur la "chimie du fer".

Celles-ci peuvent apparemment stocker l'énergie renouvelable pendant plus longtemps et pourraient "aider à surmonter certains des problèmes de fiabilité qui ont provoqué des pannes d'électricité en Californie et des prix record de l'énergie en Europe", selon cet article.

La seule limite des batteries à flux de fer est qu'elles sont beaucoup plus grandes que les batteries au lithium. Cela signifie qu'elles ne pourraient pas être utilisées dans les smartphones, les ordinateurs portables ou même les véhicules électriques, mais qu'elles pourraient constituer une option pratique pour le stockage sur le réseau électrique global.

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Le fer pourrait peut-être être un excellent substitut du lithium. - Canva

Silicium

De nombreux scientifiques considèrent le silicium comme un élément chimique essentiel qui pourrait transformer les batteries. Il ne remplacerait pas le lithium, mais il serait ajouté aux batteries au lithium. Ce qui signifie qu'elles seraient moins chères et plus efficaces à long terme.

Attention, un peu de technique. Actuellement, les batteries lithium-ion utilisent le graphite comme composant clé. Le graphite est constitué de plusieurs couches de carbone empilées les unes sur les autres. Et dans une batterie lithium-ion traditionnelle, les ions de lithium peuvent glisser à travers ces espaces vides entre les couches, ce qui entraîne une perte.

Remplacer le graphite par du silicium pourrait conduire à des batteries plus légères et aussi plus sûres.

Le silicium utilisé comme anode dans une batterie lithium-ion représente le "Saint Graal" pour les chercheurs dans ce domaine", selon le professeur Apparao M. Rao, directeur du Clemson Nanomaterials Institute en Caroline du Sud, aux États-Unis.

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Remplacer le graphite par du silicium pourrait permettre de créer des batteries plus légères et plus sûres. - Canva

Magnésium

Le magnésium fait actuellement l'objet de recherches en tant que composant potentiellement centarl des futures batteries. C'est un élément qui peut transporter une charge importante, plus que le lithium et le sodium.

Selon une étude, les batteries fabriquées à partir de magnésium métallique pourraient avoir une densité énergétique plus élevée, une plus grande stabilité et un coût plus faible que les cellules lithium-ion actuelles.

Le magnésium présente également un autre avantage. Chaque atome de magnésium libère deux électrons pendant la phase de décharge de la batterie, contre un électron pour le lithium. Cela lui donne la possibilité de fournir près de deux fois plus d'énergie électrique.

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Le magnésium pourrait également constituer une option viable aux batteries lithium-ion. - Canva

Chanvre

Le chanvre - une plante dont les fibres très résistantes sont utilisée dans le textile , les matériaux de construction, l'alimentation et même les pièces automobiles - pourrait devenir un élément clé des batteries de véhicules électriques moins chères, plus sûres et moins nocives pour l'environnement.

L'un de ses partisans est la start-up texane Bemp Research Corp , qui a mis au point une alternative aux batteries. Bemp tente d'obtenir des investissements pour développer et commercialiser une technologie de batterie au lithium-soufre.

L'entreprise affirme que les applications commerciales du chanvre permettraient de surmonter les difficultés liées aux batteries lithium-ion en termes de coût, de poids, d'évolutivité, de performance et de recyclabilité.

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