Les batteries de cinquième génération
De nouveaux concepts de batteries pour une mobilité durable et pour renforcer l'autonomie industrielle
Des batteries performantes sont une des clés de la réussite de la transition énergétique et des transports. Pour l'électrification de la mobilité, les batteries lithium-ion se sont imposées comme la technologie la plus répandue. Mais malgré des progrès considérables en termes de densité énergétique, de performance, de sécurité et de réduction des coûts, elles approchent désormais de leurs limites théoriques. "Nous sommes confrontés à un besoin de stockage d'énergie dans des batteries qui continue à croître rapidement", explique le professeur Jürgen Janek, chercheur en matériaux à l'Institut de physique et de chimie de l'Université Justus Liebig de Giessen (JLU). Sa réponse à ce défi : la recherche de nouveaux concepts de cellules pour les batteries, basés sur des systèmes dits post-lithium. Avec son groupe de travail, il recherche des solutions innovantes dans le cadre du cluster d'excellence POLiS et du cluster de Recherche sur les batteries solides "FestBatt". À l'avenir, il fera également avancer le changement de génération des batteries, qui s'impose de toute urgence, dans un autre groupement de recherche : le projet européen TALISSMAN, dans lequel il travaille avec des partenaires internationaux sur de nouvelles batteries lithium-soufre pour une mobilité durable.
L'Union européenne (UE) soutient le projet TALISSMAN (Technologies for Advanced Lithium-Sulfur batteries toward Safe and Sustainable Mobility Applications) dans son programme-cadre de recherche et d'innovation "Horizon Europe" avec un total d'environ cinq millions d'euros. La JLU y contribue à hauteur de 800.000 euros. Le chef de file est la FUNDACIÓN CIDETEC en Espagne, les autres institutions partenaires viennent également d'Espagne, d'Allemagne, de France et d'Italie. Le consortium multidisciplinaire est composé d'instituts de recherche et d'entreprises industrielles de premier plan.
L'objectif de ce groupement de recherche est, d'une part, de répondre à la demande croissante de batteries à haute énergie, bon marché et sûres grâce à des solutions électrochimiques inédites allant au-delà des batteries lithium-ion conventionnelles. D'autre part, avec les batteries lithium-soufre dites de cinquième génération, les chercheurs renforceront l'industrie européenne des batteries et contribueront à l'autonomie industrielle de l'UE.
"La recherche sur les batteries de Giessen joue une fois de plus un rôle de pionnier dans le développement de nouvelles technologies de batteries diverses", déclare le professeur Katharina Lorenz, présidente de la JLU, qui félicite chaleureusement le professeur Janek et son équipe pour l'obtention réussie de ce projet conjoint. "L'excellent travail dans ce domaine de recherche prometteur est maintenant récompensé par le financement de l'UE - une formidable reconnaissance de l'engagement de nos scientifiques".
Le principal avantage des batteries lithium-soufre réside dans leur densité énergétique gravimétrique potentiellement élevée. Ces batteries peuvent donc stocker particulièrement beaucoup d'énergie par poids ou par masse de la batterie. De plus, le soufre est bon marché et disponible en grandes quantités. Mais il y a aussi quelques défis à relever. Ainsi, la densité énergétique volumétrique est plutôt faible, ce qui fait que l'utilisation de batteries lithium-soufre est surtout indiquée pour les applications où un faible poids de la batterie est plus important qu'un faible volume - par exemple dans la construction navale, l'aéronautique et l'aérospatiale. À cela s'ajoute le fait que le lithium métal est très réactif, ce qui peut entraîner des modifications morphologiques de l'anode lors des processus de charge, ce qui nuit à la sécurité. C'est là que le professeur Janek et son groupe de travail interviennent : Ils développent dans TALISSMAN différentes couches intermédiaires fabriquées artificiellement afin d'améliorer la stabilité et les performances des batteries lithium-soufre.
Le projet TALISSMAN débutera en juillet 2025 et sera financé pendant quatre ans.
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