On sait fabriquer des batteries qui stockent plus d’énergie. Le vrai défi, c’est de les rendre aussi durables, sûres et abordables que celles que nous utilisons déjà. Les avancées scientifiques existent, mais gagner en autonomie oblige souvent à résoudre plusieurs problèmes à la fois.
Un smartphone à recharger, un PC portable qui réclame sa prise… Forcément, les annonces de batteries révolutionnaires donnent envie de demander : pourquoi attend-on encore ?
Plus puissantes ou capables de tenir plus longtemps ?
Une batterie peut délivrer beaucoup de puissance, mesurée en watts, tout en stockant relativement peu d’énergie, mesurée en wattheures.
La puissance répond à une forte demande, comme une accélération. L’énergie disponible détermine l’autonomie, selon la consommation de l’appareil.
Pour gagner en autonomie sans alourdir un téléphone ou une voiture, on cherche surtout une meilleure densité énergétique : plus d’énergie pour une même masse ou un même volume. C’est généralement ce que nous voulons dire lorsque nous demandons une batterie « plus puissante ».
Les matériaux ont leurs limites
Une batterie stocke de l’énergie grâce à la chimie. Dans une batterie lithium-ion, des ions lithium, des particules chargées électriquement, circulent entre deux électrodes pendant la charge et la décharge.
Chaque matériau peut accueillir une quantité limitée de lithium. Pour stocker plus d’énergie, il faut donc améliorer les matériaux, leur organisation ou la tension de fonctionnement.
Vous allez me dire : pourquoi ne pas simplement augmenter cette tension ?
Parce que l’électrolyte, le milieu qui permet aux ions de circuler, peut se dégrader si on dépasse ce qu’il supporte. Les électrodes peuvent aussi devenir moins stables. On gagne alors sur le papier, mais la batterie vieillit plus vite.
Et pour être rechargeable, toute cette mécanique chimique doit fonctionner dans les deux sens, encore et encore.
Autonomie, recharge rapide et durée de vie se compliquent mutuellement
Une piste consiste à utiliser des électrodes plus épaisses, contenant plus de matière capable de stocker de l’énergie. Le problème, c’est que les ions doivent aussi circuler à travers cette épaisseur.
Cela peut compliquer la recharge rapide. Dans certaines conditions, notamment à froid ou avec un courant trop élevé, du lithium métallique se dépose sur l’électrode au lieu de s’insérer correctement dans sa structure.
Ces dépôts peuvent réduire la capacité et créer des risques de court-circuit. Du coup, optimiser la recharge demande aussi de travailler sur la température, les matériaux et la façon de charger.
Le lithium métallique est lui-même une piste pour augmenter l’énergie stockée. Mais ses réactions avec l’électrolyte posent des difficultés de durée de vie et de sécurité.
Le silicium montre bien le problème
À masse égale, le silicium offre une capacité théorique de stockage du lithium environ dix fois supérieure à celle du graphite utilisé dans beaucoup d’anodes, les électrodes négatives des batteries lithium-ion.
Sur le papier, c’est énorme.
Mais le silicium peut subir une augmentation de volume proche de 300 % lorsqu’il absorbe le lithium. On parle du matériau, pas d’une batterie entière qui quadruplerait de taille.
En gonflant puis en se contractant, il peut se fissurer et détériorer l’électrode. Les chercheurs développent donc des structures poreuses, des composites avec du carbone et des électrolytes adaptés.
Ces solutions permettent de progresser. Par contre, une anode capable de stocker dix fois plus ne donne pas automatiquement dix fois plus d’autonomie : l’autre électrode et tous les autres composants comptent aussi.
Un record de laboratoire doit encore passer l’épreuve de l’usine
Quand une annonce promet une capacité exceptionnelle, regardez ce qui a été mesuré : un matériau, une cellule complète ou un ensemble avec son refroidissement et ses protections ? Ces résultats ne sont pas directement comparables.
Il faut également connaître le nombre de cycles, la vitesse de recharge et la température des essais. Une bonne performance dans des conditions favorables ne répond pas à toutes les contraintes d’un appareil utilisé au quotidien.
Produire en grande quantité demande ensuite une qualité régulière et peu de pièces défectueuses. Un procédé compliqué ou des matériaux coûteux peuvent rendre une technologie difficile à vendre.
Les batteries solides vont-elles tout régler ?
Les batteries tout solides remplacent l’électrolyte liquide par un électrolyte solide. Elles pourraient faciliter certaines conceptions offrant plus d’énergie et une meilleure sécurité.
Mais il faut maintenir un bon contact entre leurs composants, gérer les changements de volume et, selon la technologie, appliquer une pression mécanique. Leur production à grande échelle reste également difficile.
Entre 2010 et 2023, le prix des batteries lithium-ion par kilowattheure a chuté d’environ 90 %. Les batteries lithium-fer-phosphate, ou LFP, privilégient notamment le coût, la durée de vie et la sécurité, avec une densité énergétique généralement plus faible que les chimies riches en nickel.
Pour nous, la bonne batterie dépend aussi de l’usage : gagner du poids dans un PC portable, réduire le prix d’une voiture ou conserver une bonne capacité pendant des années. Réussir l’un de ces objectifs représente déjà une avancée utile.