L'avenir des batteries ne peut être étudié qu'en tenant compte de leur évolution historique, telle que détaillée par Jean-Marie Tarascon dans ce document et résumée ci-dessous :
- 1859: Première batterie au plomb-acide par Gaston Planté. Comme l'indique la figure ci-dessous, il se produit une transformation matérielle au niveau de chaque électrode, avec migration des espèces entre celles-ci.
Électrochimie des batteries au plomb – Source : Jean-Marie Tarascon, Collège de France
- 1980: LeLiCoO2est le premier matériau inventé pour l'insertion de lithium-ion à l'électrode positive ;
- 1900: Waldmar Jungner découvre le principe de la batterie au nickel-cadmium (Ni-Cd) avec un matériau d'insertion au niveau de l'électrode positive (pas de transformation du matériau) ;
- 1947: première commercialisation d'une batterie Ni-Cd ;
- 1975: invention d'une batterie nickel-métal hydrure (NIMH) par A. Percheron et J.H. Van Vucht avec des matériaux d'insertion au niveau des deux électrodes (pas de transformation du matériau) ;
Matériaux d'insertion à la cathode et à l'anode d'une batterie au lithium – Source : Jean-Marie Tarascon – Collège de France
Il s'agit du célèbre principe de la « chaise à bascule », selon lequel les ions lithium migrent d'une électrode à l'autre sans subir aucune transformation chimique.
- 1988: première commercialisation d'une batterie NiMH par Toshiba ;
- 1991: première commercialisation d'une cellule lithium-ion avecdu LiCoO2 comme matériau actif;
- 2000-2010: Développement et commercialisation de batteries lithium-ion sur le marché de l'électronique grand public (cf. figure ci-dessous tirée d'Avicenne), principalement avec un matériau actifLiCoO2.
Évolution du marché mondial des batteries (hors batteries au plomb) entre 1990 et 2015 – Source Avicenne Energy
Entre la découverte d'une nouvelle technologie de cellule électrochimique et son développement sur le marché de masse, 20 à 30 ans se sont écoulés. On peut remarquer que pour une amélioration de la technologie lithium-ion, comme l'évolution vers le NMC (LiNi1/3Mn1/3Co1/302), le délai de commercialisation à grande échelle est raccourci :
- 2001 : Invention du matériau actifLiNi1/3Mn1/3Co1/302
- 2005 : Début de la commercialisation sur des marchés de niche
- 2010 : Production à grande échelle
Ventes d'électrodes positives entre 2000 et 2015 – Source Avicenne Energy
Matériaux futurs pour batteries et prévisions de mise sur le marché – Source Avicenne Energy
Si les futurs matériaux cathodiques pour batteries sont attendus entre 2015 et 2020, il s'agit de matériaux permettant d'augmenter la tension des cellules lithium-ion et qui doivent être associés à un électrolyte capable de supporter 5 V. Un tel électrolyte n'existe pas aujourd'hui, mais devrait être suffisamment mature entre 2020 et 2025.
La technologie lithium-soufre est la prochaine technologie prometteuse qui permettra d'augmenter la densité énergétique de 10 à 20 % ; cette technologie devrait arriver sur le marché entre 2024 et 2028. Oxis Energy est une start-up qui travaille à la commercialisation de cette technologie sur le marché de masse. La technologie lithium-air ne devrait pas arriver sur le marché avant 2030.
Les batteries à électrolyte solide constituent également une technologie prometteuse pour réduire le coût des batteries grâce à un processus de fabrication simplifié. Avicenne prévoit leur commercialisation vers 2030. Toyota affirme travailler sur ce sujet, tout comme Bosch, qui a racheté la start-up américaine Seeo.
L'avenir proche des batteries appartient à la technologie classique au lithium-ion. Des améliorations potentielles de cette technologie ont déjà été identifiées. Cela permet d'envisager l'avenir des batteries à long terme avec optimisme.
Bonus: lien vers un cours très clair sur la technologie des cellules de batterie proposé par EV Tech explained.
