Pour répondre à la demande énergétique, la création de nouvelles chimies de batteries est essentielle

L'industrie des batteries devrait tripler pour atteindre 135 milliards de dollars d'ici 2031, mais sa croissance récente a été remarquable. Il y a six ans, il y avait très peu de capacité de batterie prévue en Europe. Pourtant, reconnaissant le rôle vital des batteries dans la lutte contre le changement climatique, il y a maintenant au moins 45 projets de batteries différents en cours, alors que les scientifiques visent à générer de nouvelles chimies de batteries plus propres.

L'Alliance européenne des batteries (EBA), dirigée par EIT InnoEnergy, a contribué à faire avancer ce projet. Réunissant des parties prenantes de l'ensemble de la chaîne de valeur de la fabrication de batteries, l'ABE s'efforce de relever le défi européen des batteries sous tous les angles - de l'élaboration et du financement de la feuille de route à l'exploitation minière et aux compétences.

Maintenant, le défi n'est pas tant sur la capacité, mais sur la chimie. Il y a vingt ans, les chimistes des batteries ont exploré les avantages et les inconvénients de plusieurs grandes chimies de batteries et ont finalement opté pour le lithium, ce qui lui a valu une performance supérieure en termes de densité d'énergie. C'est une décision qui a bien servi le monde, jusqu'à récemment.

Développé initialement pour les petits appareils électroniques tels que les caméras, personne n'aurait pu prévoir une augmentation aussi considérable de la demande due aux véhicules électriques. Cette augmentation de la demande pose un défi pour l'approvisionnement éthique en quantités suffisantes de lithium, de cobalt et de nickel. L'AIE suggère que le monde pourrait être confronté à une pénurie potentielle de lithium dès 2025.

Bien que les technologies actuelles de sodium continuent à être à la traîne du lithium en termes de densité d'énergie, le sodium est un matériau abondant, ce qui le rend idéal pour le stockage stationnaire.

En conséquence, les batteries sodium-ion ont le potentiel d'être une alternative intéressante pour les véhicules électriques d'entrée de gamme qui seront à égalité en temps de charge mais ont une autonomie un peu plus courte en échange d'un prix inférieur.

Une « solution de batterie AB » qui combine des cellules au lithium et au sodium dans un seul bloc-batterie pourrait également être une option intéressante pour tirer le meilleur parti des deux technologies. Attiré par le vaste potentiel de la chimie des batteries au sodium, le géant de l'industrie CATL a déjà commencé la production à petite échelle, ayant prévu des volumes de masse cette année. Et de nombreux petits innovateurs emboîtent le pas.

La préparation de la chaîne d'approvisionnement à une augmentation de la demande est illustrée, par exemple, par Altris, basée à Uppsala, qui a développé un matériau cathodique à haute densité d'énergie qu'elle appelle Fennac, qu'elle fabrique à partir de sodium, de fer, de carbone et d'azote.

La technologie a été développée pour être prête à l'emploi dans n'importe quelle ligne de production Li-ion standard de l'industrie. Il est si innovant qu'il a attiré l'attention du leader mondial des développeurs de batteries Northvolt qui a participé au cycle de financement de série A d'Altris. Les 9,6 millions d'euros levés sont utilisés pour ouvrir une installation de production à l'échelle du GWh plus tard cette année.

Le silicium en tant que matériau d'anode est également en hausse. Les solutions au silicium sont uniques car elles peuvent stocker de grandes quantités de Li-ions à des vitesses rapides, permettant des vitesses de charge inférieures à 15 minutes avec une autonomie de plus de 800 km.

Cependant, l'industrie est confrontée à plusieurs défis pour faire passer les chimies du mélange <10% silicium-graphite que nous avons aujourd'hui aux chimies potentielles 100% silicium dont nous pourrions bénéficier à l'avenir.

Ces défis incluent la création d'une chimie stable qui permettra à la propension naturelle du silicium de se dilater et de se contracter au fur et à mesure qu'il se charge et se décharge et le rend évolutif à un prix compétitif. L'industrie poursuit plusieurs stratégies, dont certaines suivront une voie d'augmentation progressive de la teneur en silicium, tandis que d'autres s'efforcent d'introduire des anodes entièrement en silicium dès 2027.

Travailler à une solution entièrement en silicium est un défi que GDI, l'innovateur de batteries basé à New York, a passé la majeure partie de la dernière décennie à relever.

S'inspirant des panneaux photovoltaïques, GDI utilise le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma pour créer une conception unique d'anode 100 % silicium. Lors de tests en laboratoire, il a été prouvé que la chimie offre une augmentation de 30 % de la densité d'énergie sur les batteries Li-ion avancées de 30 % et une charge rapide sûre et fiable de 10 à 75 % en 15 minutes plus de 500 fois avec un état restant de 80 % de santé.

Il y a vingt ans, l'industrie a fait le faux pas de poursuivre certaines chimies de batterie sans se soucier de ce que l'avenir pourrait nous réserver. Nous savons mieux maintenant. En décembre 2022, le Parlement européen a annoncé une nouvelle législation sur l'économie circulaire stipulant des exigences tout au long du cycle de vie d'une batterie.

La nouvelle législation fait passer le message que nous devons nous occuper de nos rebuts. Cela comprend la réduction des déchets de fabrication, ce qui facilite la compréhension de la santé restante d'une batterie pour une réutilisation potentielle et un démontage facile pour le recyclage.

Des innovateurs tels que Verkor s'attaquent au rebut en appliquant les données et la numérisation industrielle pour proposer un modèle Gigafactory plus moderne et efficace pour répondre à la demande future.

Les prochaines années seront cruciales pour le développement d'un approvisionnement durable et indigène de batteries pour l'Europe, et le développement rapide de nouvelles chimies en sera un élément crucial. Nous avons la chance de compter de nombreux projets de batteries innovants en Europe, mais il reste vital que l'industrie ait accès à suffisamment de capitaux et d'opportunités de collaboration pour répondre à la demande croissante.

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