Pourquoi nous n'avons toujours pas de meilleures batteries

Plus tôt cette année, Ellen Williams, directrice de ARPA-E , le programme de recherche avancée du Département américain de l'énergie pour les énergies alternatives, a fait la une des journaux lorsqu'elle dit le Gardien un journal que 'Nous avons atteint le Saint Graal dans les batteries.

Malgré les résultats très prometteurs des quelque 75 projets de recherche sur le stockage d'énergie financés par l'ARPA-E, le graal du stockage d'énergie compact et à faible coût reste insaisissable.

Un certain nombre de startups sont sur le point de produire des appareils économiques, sûrs, compacts et suffisamment denses en énergie pour stocker l'énergie à un coût inférieur à 100 $ le kilowattheure. Le stockage de l'énergie à ce prix aurait un effet galvanique, surmontant le problème d'alimenter un réseau 24h/24 et 7j/7 avec une énergie renouvelable disponible uniquement lorsque le vent souffle ou que le soleil brille, et rendrait les véhicules électriques plus légers et moins chers.

Illustration de Federico Jordan

Mais ces batteries ne sont pas commercialisées au rythme nécessaire pour accélérer le passage des combustibles fossiles aux énergies renouvelables. Même le PDG de Tesla, Elon Musk, qui n'est pas du genre à sous-estimer la promesse d'une nouvelle technologie, a été contraint d'admettre que, pour l'instant, le constructeur de voitures électriques est engagé dans une lenteur progressive d'améliorations de ses batteries lithium-ion existantes, pas un gros bond en avant.

En fait, de nombreux chercheurs pensent que le stockage de l'énergie devra adopter une chimie entièrement nouvelle et une nouvelle forme physique, au-delà des batteries lithium-ion qui, au cours de la dernière décennie, ont écarté les technologies concurrentes dans l'électronique grand public, les véhicules électriques et les systèmes de stockage à l'échelle du réseau. . En mai, le DOE a organisé un symposium intitulé Au-delà du lithium-ion. Le fait qu'il s'agissait de la neuvième édition annuelle de l'événement a souligné les défis technologiques liés à cette étape.

Qichao Hu, le fondateur de SolidEnergy Systems, a développé une batterie lithium-métal (qui a une anode métallique, plutôt que le matériau en graphite utilisé pour l'anode dans les batteries lithium-ion traditionnelles) qui offre une densité d'énergie considérablement améliorée par rapport aux appareils d'aujourd'hui (voir De meilleures batteries au lithium pour obtenir un vol d'essai). Le processus de développement du nouveau système, qui a duré une décennie, a mis en évidence l'un des principaux obstacles à l'avancement des batteries : en termes de passage d'une idée à un produit, dit Hu, c'est difficile pour les batteries, car lorsque vous améliorez un aspect, vous compromettez d'autres aspects. .

À cela s'ajoute le fait que la recherche sur le stockage de l'énergie a un problème de multiplicité : il existe tellement de technologies, des batteries en mousse aux batteries à flux en passant par les chimies exotiques, qu'aucun gagnant clair n'attire la majeure partie du financement et de l'activité de recherche.

Selon une analyse récente de plus de 4 milliards de dollars d'investissements dans le stockage de l'énergie par Lux Research, les startups développant des batteries de nouvelle génération, c'est-à-dire au-delà du lithium-ion, n'ont reçu en moyenne que 40 millions de dollars de financement sur huit ans. L'investissement de Tesla dans sa Gigafactory, qui produira des batteries lithium-ion, totalisera environ 5 milliards de dollars. Cet énorme déficit d'investissement est difficile à combler.

Il vous en coûtera 500 millions de dollars pour mettre en place une petite chaîne de fabrication et effectuer toutes les recherches minutieuses dont vous avez besoin pour fabriquer le produit, explique Gerd Ceder, professeur de science des matériaux à l'Université de Californie à Berkeley, qui dirige un groupe de recherche étudier de nouvelles chimies de batterie. Les constructeurs automobiles, souligne-t-il, peuvent tester de nouveaux systèmes de batterie pendant des années avant de prendre une décision d'achat. Il est difficile d'investir 500 millions de dollars dans la fabrication lorsque votre entreprise dispose de 5 millions de dollars de financement par an.

Même si de nouveaux fabricants de batteries parviennent à commercialiser de nouvelles technologies, ils sont confrontés à une période dangereuse d'accélération de la production et de recherche d'acheteurs. Leyden Energy et A123 Systems ont échoué après avoir développé de nouveaux systèmes prometteurs, car leurs besoins de trésorerie ont augmenté et la demande n'a pas répondu aux attentes. Deux autres startups, Seeo et Sakti3, ont été acquises avant qu'elles n'atteignent une production de masse et des revenus significatifs, pour des prix inférieurs à ce que leurs investisseurs en démarrage attendaient probablement.

Pendant ce temps, les trois grands producteurs de batteries, Samsung, LG et Panasonic, sont moins intéressés par les nouvelles chimies et les changements radicaux dans la technologie des batteries que par les améliorations progressives de leurs produits existants. Et les startups de batteries innovantes sont confrontées à un problème majeur qu'elles n'aiment pas mentionner : les batteries lithium-ion, développées pour la première fois à la fin des années 1970, ne cessent de s'améliorer.

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