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Pour les batteries au lithium, la cathode est le nerf de la guerre

THOMAS BLOSSEVILLE
Pour les batteries au lithium, la cathode est le nerf de la guerre

Jean-Marie Tarascon

© D.R.

La lithium-ion est annoncée comme la batterie du futur, celle qui rendra possible l'électrification du parc automobile. Ses performances encore insuffisantes occupent les chercheurs... qui travaillent aussi sur les générations suivantes de batteries. Le point avec Jean-Marie Tarascon, chercheur français mondialement reconnu.

IT : À quoi ressemble la batterie idéale pour un véhicule électrique ?

Jean-Marie Tarascon : Les performances des batteries restent insuffisantes. Leur coût est à diviser par deux pour atteindre 250 euros/kWh. Et, dans le même temps, la densité d'énergie doit doubler à 200 Wh/kg. Aujourd'hui, les voitures hybrides requièrent des systèmes à recharge rapide offrant un surplus d'accélération. Plus l'électrode est fine, plus la batterie dispose de puissance pour être rechargée rapidement. Mais au détriment de l'autonomie. Demain, pour les véhicules électriques, il faudra gagner en autonomie... sans trop perdre en puissance.

IT : Quelles pistes technologiques sont aujourd'hui suivies par les chercheurs ?

J.-M. T. : La lithium-ion sera la batterie à succès de demain. Elle tolère différentes réactions chimiques, permettant aux chercheurs de multiplier les combinaisons de matériaux. Pour atteindre les performances requises, il subsiste deux freins : le coût et la sécurité. La cathode est le nerf de la guerre. Alors que l'anode est une simple électrode en carbone, la cathode est constituée de matériaux composés. La recherche s'active pour en trouver de peu coûteux et des procédés de synthèse à basse température. Les chercheurs s'orientent vers l'oxyde de manganèse ou les composés polyanioniques. Avec un paramètre clé, le potentiel d'oxydoréduction. C'est la capacité des matériaux à capter et à relâcher les ions. Mais plus les potentiels sont élevés, plus l'électrolyte de la batterie est instable et risque de provoquer des réactions secondaires. Il faudra donc aussi trouver des électrolytes moins coûteux et plus stables.

IT : Comment jugez-vous la recherche internationale sur les batteries ?

J.-M. T. : Les États-Unis rattrapent leur retard sur l'Europe. Mais la technologie lithium-ion est aujourd'hui fortement dominée par le Japon, la Corée du Sud et la Chine. Se créer des parts de marché relève de l'impossible. La France doit se montrer visionnaire et anticiper la future bataille technologique. Le plus souvent, les laboratoires tentent d'améliorer les matériaux existants, plutôt que d'en chercher de nouveaux. C'est regrettable. Mais la science des matériaux est très délicate. Nous sommes tributaires de la chimie et de notre intuition. Même si la théorie oriente les recherches, cette discipline reste affaire de tâtonnement. Égaler, avec un nouveau matériau, les performances actuelles est déjà complexe. Alors les améliorer est un défi.

IT : Le gouvernement français a lancé cet été un réseau national pour stimuler la recherche sur les batteries. Avec quel objectif ?

J.-M. T. : Faire travailler ensemble et dans la bonne direction tous les acteurs français du monde des batteries. L'idée est d'offrir à court terme un soutien aux industriels tricolores. Mais aussi de se positionner pour les dix ou quinze ans à venir. Les découvertes et les innovations françaises ont souvent été valorisées commercialement à l'étranger, car elles n'étaient pas protégées. Avec ce réseau, l'objectif est de se hisser au rang de pionniers sur les batteries du futur... et de déposer, cette fois-ci, des brevets !

IT : Sur quelles technologies ?

J.-M. T. : Nous chercherons de nouveaux matériaux, mais pas seulement. Nous voulons également valider des concepts inédits de batteries. Comme les technologies sodium, les électrodes organiques, le lithium-air... Avec les matériaux organiques, l'idée sera de puiser dans des ressources renouvelables pour éviter, comme avec les composés à base de cobalt, les risques de pénurie dans cinquante ans. Voire d'inventer des électrodes qui se décomposent en fin de vie. Quant au lithium-air, il combine les deux verrous sur lesquels la recherche bute depuis vingt ans : l'électrode air et l'électrode lithium métallique. Il faudra trouver le bon électrolyte pour que l'oxygène de l'air migre vers la bonne électrode, développer des membranes pour le filtrer, retirer son humidité et le CO2 qu'il contient... Théoriquement, le lithium-air peut décupler les densités d'énergie par rapport au lithium-ion. Dans la pratique, les doubler passerait déjà par de vraies ruptures technologiques.

PARCOURS

Jean-Marie Tarascon enseigne à l'université de Picardie Jules Verne. Membre de l'Académie des sciences, il assurera la direction scientifique du nouveau réseau français de recherche et technologie sur les batteries.

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