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Cinq technologies à suivre

HUGO LEROUX ET ANTOINE CAPPELLE hleroux@industrie-technologies.com

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La technologie lithium-ion a beau régner sans partage dans le domaine des batteries, son amélioration fait pourtant l'objet d'intenses recherches. En parallèle, des technologies concurrentes séduisent industriels et chercheurs. Selon les usages, le stockage pourrait miser, à l'avenir, sur l'une ou l'autre de ces cinq technologies à suivre de près.

1. Les lithium-ion s'allègent

La densité énergétique des batteries lithium-ion ne cesse de progresser. C'est notamment l'introduction de nouveaux matériaux, dont le silicium, qui a permis d'augmenter la quantité d'énergie délivrée à poids égal. Plus rarement, l'innovation porte sur l'électrolyte intermédiaire : la batterie de la voiture en libre-service Blue Car, fonctionnant à chaud, utilise des polymères. L'amélioration de la densité d'énergie pouvant nuire à la longévité ou à la densité thermique, les constructeurs font des compromis en fonction des usages.

- Points forts

Leur densité énergétique surpasse celle de l'ensemble des autres technologies exploitables. Elle peut atteindre environ 250 Wh/kg.

- Points faibles

Sur les véhicules, l'autonomie est limitée à 180 km environ pour 200 kg de batterie. Quant à la longévité, elle est d'une dizaine d'années maximum.

- Applications

Omniprésente dans l'électronique portable grand public avec les baladeurs, ordinateurs ou téléphones, cette technologie a conquis les véhicules et le stockage stationnaire, qui compense l'intermittence des énergies renouvelables. On la trouve également dans le spatial et le militaire.

- Principaux acteurs

Les sociétés Saft et A123 sont incontournables. Côté recherche, le Liten, le CEA-List et le Laboratoire de réactivité et chimie des solides s'intéressent de près à cette technologie. En France, le RS2E (réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie) fédèreles chercheurs et les industriels du secteur.

2. Prometteuses, les solutions métal-air doivent faire leurs preuves

Cette technologie émergente repose sur l'utilisation de l'air comme réactif pour produire des ions qui oxydent un métal et récupérer l'énergie issue de cette réaction. La possibilité de recharger ces batteries a été démontrée, mais les performances sont encore loin des modèles théoriques. Reste à trouver des matériaux suffisamment stables pour garantir la longévité. Pour limiter les coûts, le zinc pourrait se montrer plus avantageux que le lithium.

- Points forts

Leur légèreté est garantie par le recours à l'air, d'où une densité d'énergie qui pourrait atteindre 1 000 Wh/kg, soit bien plus que celle des batteries actuellement disponibles sur le marché.

- Points faibles

Leur coût est encore trop élevé.

- Applications

Le transport est le principal secteur ciblé. Avec une seule charge, une voiture pourrait parcourir jusqu'à 800 km.

- Principaux acteurs

Les chercheurs du Laboratoire de réactivité et chimie des solides et de l'université du Missouri, mais aussi ceux d'IBM, s'y intéressent de près.

3. Les batteries liquides lissent les énergies renouvelables

Cinq pilotes de cette technologie, qui repose sur la différence de potentiel chimique entre deux solutions liquides chargées, seront inaugurés cette année par la société RedT. L'industriel a déjà installé l'une de ses batteries liquides à Oxford.

Celle-ci absorbe l'excès de production d'une centrale photovoltaïque pour les revendre la nuit. RedT prévoit de commercialiser des modèles de 5 kW d'ici deux ans.

- Points forts

Le nombre de cycle est infini. Contrairement au lithium, le vanadium n'est pas un élément rare.

- Points faibles

L'architecture de ces batteries est complexe et leur volume, important.

- Secteur ciblé

Le stockage de l'énergie renouvelable.

- Principaux acteurs

Trois sociétés s'intéressent à cette technologie : RedT (Irlande), Ashlawn Energy (États-Unis) et Cellstrom (Autriche).

4. Les supercondensateurs décuplent la puissance

Complémentaires des batteries, les supercondensateurs stockent peu d'énergie mais fournissent de la puissance. Selon des travaux récents, des électrodes de carbone nanoporeuses augmentent la quantité d'énergie qu'ils stockent. La recherche s'oriente donc vers l'optimisation des matériaux.

- Points forts

La puissance fournie est importante. De plus, leurs composants ne sont pas altérés par les cycles de charge et décharge.

- Points faibles

Ils stockent une quantité d'énergie très limitée.

- Applications

Précieux dans les transports en complément des batteries, ils fournissent la puissance nécessaire aux accélérations et peuvent être rechargés par freinage. Ils conviennent plus largement aux utilisations brèves, comme les flash.

- Principaux acteurs

Batscap, émanation du groupe Bolloré dans laquelle EDF a pris une participation de 20 % en commercialise. L'université Pierre et Marie Curie et l'université Toulouse-III travaillent à leur optimisation.

5. La pile à combustible passe du labo à l'usine

Côté utilisateur, Daimler prépare les voitures à hydrogène de série pour 2014. Côté producteur, le CEA s'apprête à construire une ligne pilote de fabrication de piles à combustible, pour accélérer le transfert vers l'industrie. En parallèle, la recherche pour limiter la quantité de platine, métal précieux employé dans le catalyseur, se poursuit.

- Points forts

Les technologies de fabrication des coeurs de pile, basées sur de l'emboutissage de tôle, sont déjà bien maîtrisées. La densité énergétique et la puissance sont importantes.

- Points faibles

Cette technologie reste trop chère pour qu'une voiture y recoure exclusivement. Seuls des prolongateurs d'autonomie, qui alimentent les véhicules en complément d'une batterie sont envisageables. L'hydrogène étant reformé à partir de gaz naturel, cette technologie n'est de plus pas renouvelable. Enfin l'intégration des piles dans les appareils destinés à les utiliser reste à effectuer.

- Applications

Le recours à des piles à combustible est envisagé pour les transports de fortes puissances et le stockage d'énergies renouvelables.

- Principaux acteurs

Le CEA travaille sur les coeurs de piles, la société McPhy s'intéresse au stockage, l'entreprise SymbioFCell planche sur l'ingénierie et Air liquide est impliqué dans le développement de piles à combustibles via sa filiale Axane.

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