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Mar 15, 2024

La promesse d'un lithium

Moteur du changement De faible coût et de haute densité, une batterie lithium-soufre pourrait alimenter l'avenir des transports, si elle arrive un jour sur le marché. Par Katie Fehrenbacher 7 mars 2023 Lyten, une société basée en Californie

Piloter le changement

Faible coût et haute densité, une batterie lithium-soufre pourrait alimenter l’avenir des transports – si jamais elle arrive sur le marché.

Par Katie Fehrenbacher

7 mars 2023

Lyten, une startup basée en Californie, développe une batterie lithium-soufre. Les entreprises et les scientifiques se démènent pour déchiffrer le code d’une batterie révolutionnaire qui pourrait être la prochaine sur la liste après le lithium-ion. Image via Shutterstock/T. Schneider

L’élément soufre est bon marché et abondant. Il y en a tellement sur Terre que de gros tas jaunes de ces substances se trouvent généralement à l'extérieur des raffineries de combustibles fossiles après avoir été débarrassées du pétrole et du gaz naturel.

Mais les électrochimistes – des scientifiques qui étudient comment les réactions chimiques créent de l’électricité – considèrent depuis longtemps le soufre comme une perspective alléchante pour un incroyable stockage d’énergie. En effet, la combinaison du lithium et du soufre a le potentiel de produire une batterie extraordinaire qui pourrait à la fois stocker plus d'énergie et être fabriquée à moindre coût que les batteries lithium-ion utilisées aujourd'hui dans les ordinateurs portables et les véhicules électriques.

Une batterie commerciale au lithium-soufre pourrait faire de « l'électrification quelque chose d'abondant », où « il est facile de tout électrifier », a déclaré Celina Mikolajczak, directrice de la technologie des batteries de la startup Lyten, lors du Bloomberg New Energy Finance Summit à San Francisco en janvier. Lyten développe une batterie lithium-soufre.

Les batteries lithium-ion actuelles sont freinées par l’approvisionnement limité en nickel. Le cobalt, un autre ingrédient clé des batteries lithium-ion actuelles, est en grande partie extrait en République démocratique du Congo, où les mines de cobalt sont en proie à des problèmes de droits de l'homme. L'idée est que l'abondance du soufre et son faible coût pourraient rendre une batterie lithium-soufre beaucoup moins chère et moins dépendante des régions problématiques que la batterie lithium-ion actuelle, qui coûte environ 150 dollars le kilowattheure.

Dans le même temps, l’utilisation de soufre dans une batterie pourrait fournir une densité énergétique théorique très élevée, ou une quantité d’énergie que la batterie peut contenir avec une seule charge. Les véhicules électriques d’aujourd’hui peuvent parcourir environ 300 miles par charge, mais une batterie lithium-soufre pourrait potentiellement doubler cette autonomie – ou créer un véhicule électrique pesant la moitié du poids de son équivalent alimenté au lithium-ion.

Ce sont du moins les grands espoirs. Les batteries lithium-soufre sont encore confinées aux laboratoires de recherche.

Mais alors que l’argent afflue vers le secteur émergent des batteries aux États-Unis grâce à la loi sur la réduction de l’inflation, les entreprises et les scientifiques se démènent pour déchiffrer le code afin de développer une batterie révolutionnaire qui pourrait être la prochaine sur la liste après le lithium-ion. L’enjeu est une technologie qui pourrait potentiellement accélérer à la fois les véhicules électriques et le stockage de l’énergie propre.

La grande question est de savoir si une entreprise peut développer et fabriquer une batterie lithium-soufre qui fonctionnera comme annoncé lorsqu’elle sera fabriquée en grande quantité. Alors que les startups, les chercheurs et les grandes entreprises de batteries travaillent sur la chimie, aucune batterie lithium-soufre n’est fabriquée commercialement à grande échelle.

"Le soufre est indiscipliné. Le lithium est indiscipliné. Lorsque vous associez ces deux éléments, vous obtenez une chimie avec laquelle il est vraiment difficile de travailler", a déclaré Mikolajczak lors du sommet du BNEF. "Il y a une raison pour laquelle cette chimie n'a pas été exploitée depuis longtemps."

Un problème est que le soufre, utilisé comme cathode de la batterie lithium-soufre, subit un changement de phase lorsqu'il est chargé et déchargé. Il passe d’un solide à un liquide et redevient solide. Cela rend les choses vraiment « difficiles », a déclaré Mikolajczak. "C'est pénible de travailler avec ça. Ça fait exploser la tête."

Les premières tentatives de batteries lithium-soufre ont vu le composé soufré se dissoudre dans l’électrolyte, le milieu (généralement liquide) à travers lequel les ions se chargent et se déchargent.

De nombreuses tentatives de développement de batteries lithium-soufre ont abouti à des batteries peu performantes qui développent des dendrites, de minuscules structures métalliques qui peuvent se former pendant le processus de charge. Les dendrites provoquent des courts-circuits et des pannes de batterie, et les batteries lithium-soufre ont du mal à maintenir des cycles de charge élevés.