Les batteries lithium-ion qui font fonctionner tous nos appareils électroniques et tous les véhicules électriques à batteries ont permis de grands progrès mais présentent d’importantes limites techniques et physiques difficiles à surmonter. La densité d’énergie qu’elles contiennent est assez faible. Cela explique pourquoi il faut en embarquer des centaines de kilos dans un véhicule pour obtenir une autonomie théorique de 300 kilomètres. Plus leur cycle de recharge est court, ce qui est pratique pour l’utilisateur, plus elles s’usent rapidement. Leur construction est aussi problématique sur le plan environnemental. Elles contiennent d’importantes quantités de métaux et de matières premières qu’il faut extraire. Enfin, le contrôle de l’exploitation de ses matériaux et de leur traitement est devenu un enjeu géopolitique.
Des annonces de progrès spectaculaires jamais suivies d’effets
Voilà pourquoi depuis des années des sommes considérables sont investies dans la recherche de batteries plus performantes et moins coûteuses… en vain. Alors bien sûr, il ne se passe pas une semaine dans le monde sans qu’une obscure start-up, un centre de recherche universitaire ou même un grand constructeur automobile annonce une révolution à venir dans les batteries. Cela fait des années que cela dure et les coups de communications finissent par lasser. Sauf que cette fois pourrait être la bonne, surtout qu’elle est fortuite comme de nombreuses grandes découvertes allant de la dynamite à la pénicilline en passant par les rayons X ou le four à micro ondes.
Elle concerne les batteries lithium-soufre. En théorie, elles ont tout pour plaire. Elles ont une densité énergétique trois fois supérieure aux batteries lithium-ion. Elles sont moins polluantes et moins coûteuses à fabriquer. Mais il y a un problème de taille, elles se dégradent très rapidement. Après un an ou deux d’utilisation, elles sont mortes.
La batterie lithium-soufre inusable
Des scientifiques de l’Université américaine Drexel, qui se trouve à Philadelphie en Pennsylvanie, cherchaient à ralentir le processus qui fait que dans une batterie lithium-soufre la réaction chimique crée des cristaux de polysulfides qui finissent pas détruire la batterie. Mais en faisant cela, ils ont créé une phase chimique du soufre qui stoppe toute dégradation de la batterie. Ils ont été tellement surpris qu’ils ont répété 100 fois l’expérience pour être sûr qu’il n’y avait pas d’erreur. L’annonce de la découverte a été depuis publiée dans la revue scientifique Nature. Cette phase chimique est connue sous le nom de «monoclinic gamma-phase sulfur», mais avait seulement été observée à des températures supérieures à 95 degrés Celsius. C’est la première fois qu’elle est présente à température ambiante normale.
Dans la batterie, cette phase stoppe complétement la réaction chimique qui crée des polysulfides. Elle est si efficace que les scientifiques ont soumis la batterie à 4.000 cycles de recharge sans aucun effet sur sa capacité. Cela signifie qu’elle peut avoir une durée de vie au moins deux fois supérieure à une batterie lithium-ion. Il faut également souligner que sa densité énergétique est au moins trois fois supérieure à une batterie lithium-ion et qu’elle se recharge au moins aussi vite. Elle est enfin plus sûre car ses cellules ne se dilatent pas.
Les chercheurs n’ont toujours pas compris ce qu’il se passe
En clair, voilà une batterie lithium-soufre qui offre pour un poids équivalent trois fois plus d’énergie qu’une batterie lithium-ion, a une durée de vie au moins deux fois supérieure et n’utilise pas de métaux stratégiques comme le cobalt ou le nickel. La recette parfaite pour créer des véhicules électriques à batteries ayant 1.000 kilomètres d’autonomie…
Cela dit, comme dans presque toutes les histoires de découvertes accidentelles, il faut un certain temps pour maîtriser la situation. Les scientifiques n’ont pas encore vraiment compris ce qu’il se passe. Ils ne savent toujours pas pourquoi cette phase du soufre se crée! Et avant de passer à une phase de développement industriel d’une telle batterie, il va falloir le savoir. Mais il n’est pas utopique d’imaginer qu’un jour tous nos équipements électroniques et véhicules électriques fonctionneront avec des batteries lithium-soufre ultra performantes et presque inusables…
