Lumière sur les accumulateurs d’énergie du futur

Une réussite mondiale de la recherche: la marche triomphale des batteries au lithium-ion.

Il y a toujours des technologies qui changent profondément la vie quotidienne. La batterie au lithium-ion en fait partie. L’élément déclencheur a d’abord été l’électronique grand public: dans les années 1970, les Walkman et compagnie recherchaient une solution pour remplacer les piles primaires non rechargeables. Très vite, la batterie au lithium-ion s’est imposée comme candidat intéressant, de par sa forte densité d’énergie, sa forme compacte et son absence d’effet mémoire. 

Sa légère inflammabilité et sa propension aux courts-circuits internes représentaient toutefois des obstacles que la science devait combattre et auxquels elle fait parfois face aujourd’hui encore. La percée décisive a eu lieu grâce aux travaux de recherche de John B. Goodenough (États-Unis), M. Stanley Whittingham (Royaume-Uni) et Akira Yoshino (Japon), qui ont été récompensés en 2019 par le prix Nobel de chimie. La première batterie au lithium-ion rechargeable a vu le jour en 1983, et Sony a commercialisé la technique en 1991. Depuis, la marche triomphale de cette technologie est inexorable. Les chiffres parlent d’eux-mêmes: en 2019, le marché mondial présentait un volume d’environ 40 milliards d’euros, et une augmentation à environ 60 milliards d’euros est escomptée pour 2022.

De la musique au grand nettoyage de printemps, en passant par la mobilité:
comment les batteries ont révolutionné notre quotidien.

Téléphone mobile, appareil photo numérique, ordinateur portable ou lampe de poche: actuellement, aucun gadget électronique n’échappe à la batterie au lithium-ion. Comparée aux batteries traditionnelles au nickel-cadmium ou au nickel-métal-hydrure, cette technologie séduit, notamment par son faible poids et sa taille compacte pour la même capacité et la même puissance. Un atout non négligeable pour les appareils utiles comme les outils électriques, outils de jardinage, aspirateurs poussières et autres, qui facilitent la vie des utilisateurs particuliers ou professionnels.

Autre thème d’envergure: la mobilité électrique. L’interconnexion des cellules lithium-ion permet en effet de rassembler plusieurs petits accumulateurs en une grosse batterie et de les intégrer à tous types de véhicules, de l’e-bike à l’e-scooter ou encore au Segway, en passant par les voitures et bus électriques ou hybrides.

Même dans la photovoltaïque, les batteries au lithium-ion ont fait leurs preuves dans la réserve d’énergie grâce à leur forme compacte, leur longue durée de vie et leur absence de maintenance. Les 6'000 cycles habituels dans le domaine de la mémoire domotique correspondent à une période d’environ 20 ans, soit à peu près la durée d’exploitation d’une installation photovoltaïque.

Aujourd’hui le lithium-ion – et demain? Perspectives.

Une chose est sûre: la technologie lithium-ion s’est désormais imposée partout, ouvre parfois la voie à des solutions durables et ne pourra pas être remplacée de sitôt. Toutefois, l’électromobilité est un moteur qui, dans les années à venir, fera augmenter le besoin en accumulateurs d’énergie de telle sorte qu’il ne pourra plus être couvert par une seule technologie. Par ailleurs, le besoin d’augmenter la puissance et de réduire les cycles de chargement pourrait être assouvi par d’autres moyens, même si la batterie au lithium-ion présente encore un potentiel de développement. Et enfin, la disponibilité des matières premières nécessaires, notamment le cobalt et le lithium, pourrait poser problème à moyen terme.

La recherche d’autres solutions a donc commencé depuis longtemps. On peut notamment citer la batterie à électrolyte solide, dans laquelle un électrolyte non pas liquide, mais solide, est utilisé comme substance conductrice. Des portées d’au moins 500 kilomètres pour les véhicules électriques ainsi que le rechargement en l’espace de quelques minutes seraient envisageables avec cette batterie. La recherche de matériaux et de modes de fabrication bat son plein. Autre candidat intéressant: la batterie au magnésium, qui serait plus puissante, plus économique et plus sûre que les batteries au lithium-ion qui sont légion. Le magnésium est en outre une matière première mille fois plus présente sur Terre que le lithium et son recyclage est plus simple.

Les batteries doivent-elles être partout? De la durabilité et des possibilités de recyclage.

Un rapide coup d’œil sur la situation du développement durable révèle une ambivalence de la technologie lithium-ion. D’une part, les applications comme l’électromobilité ou les systèmes d’accumulation d’énergie pour le courant des installations photovoltaïques sont primordiales pour un avenir plus écologique. D’autre part, les batteries sont actuellement utilisées sans restriction, de la chaussure de sport lumineuse au pull-over scintillant, en passant par les pailles à DEL. Une tendance qui va à l’encontre de la préservation des ressources. Autre thème critique: le recyclage. Les méthodes actuelles ne suffisent pas à maîtriser le grand nombre de batteries de véhicules.

La raréfaction et l’augmentation du prix du cobalt et de ses dérivés dans les années à venir poussent à envisager d’autres solutions. La fusion thermique, par exemple, permet de récupérer le cobalt, le nickel et le cuivre. Autre solution possible: broyer les batteries légèrement inflammables dans une atmosphère d’azote. Il reste donc du matériau broyé, permettant le recyclage de graphite, manganèse, nickel et cobalt. S’ensuit une reproduction des batteries de propulsion, dont l’empreinte CO₂ est 40% inférieure à la fabrication de nouvelles batteries. Il existe d’autres variantes, poursuivant toutes le même objectif: attribuer une nouvelle utilisation à un nombre maximal de matières premières tout en économisant l’énergie.

Le label Seconde Life a pour approche d’utiliser les anciennes batteries comme accumulateurs d’énergie stationnaires. Car après huit à dix ans, les batteries dans les véhicules électriques ne sont plus à la hauteur des exigences de puissance et de portée et doivent être retirées même lorsqu’elles fonctionnent encore. C’est pourquoi divers constructeurs automobiles prévoient d’utiliser les batteries à capacité de charge réduite comme accumulateurs d’énergie stationnaires.

Le domaine de la technologie des batteries est donc en pleine évolution et, une chose est sûre, l’avenir nous réserve des surprises.

Kärcher et la technologie des batteries

Quatre questions au Dr Jan Becker, Manager Module Center Energy Storage Systems.

Depuis combien de temps Kärcher est-il sur le marché des appareils sans fil?

Les appareils sans fil et leurs avantages bien connus font partie de notre portefeuille depuis plus de 30 ans. Nous nous sommes toujours intéressés à la question de savoir où l’utilisation est la plus pertinente pour nos clients et comment la technique peut répondre aux exigences.

Avec Kärcher Battery Universe, vous lancez deux nouvelles plateformes de batteries sur le marché. Quelle était la priorité lors du développement?

Nous avions de nombreux aspects importants en tête: augmentation des performances et de la longévité et affichage à la minute près de la durée de chargement ou d’autonomie restante. Des batteries de 18 ou 36 volts aux capacités diverses sont disponibles. Toutes les batteries d’une même classe de tension sont compatibles avec tous les appareils.

À quels produits peut-on s’attendre?

Pour le domaine Home & Garden, les nouveaux produits sans fil sont sur le marché depuis le printemps 2019 et ont notamment été mis en œuvre dans des nettoyeurs moyenne pression, aspirateurs eau et poussières et divers outils de jardinage. Dans le domaine Professional, le coup d’envoi en 2020 a été donné avec des produits comme les aspirateurs eau et poussière ainsi que les outils professionnels dédiés à l’entretien des espaces verts. En tant que leader mondial, nous avons également présenté un nettoyeur haute pression fonctionnant sur batterie pour les utilisateurs professionnels.

Les batteries au lithium-ion ont encore de beaux jours devant elles, mais leurs successeurs sont déjà dans les starting-blocks. Comment Kärcher réagit-il à ce phénomène?

Nos plateformes sont conçues de telle sorte que les nouvelles technologies cellulaires ont tout à fait leur place sur l’interface. Il nous tient en effet à cœur d’offrir à nos clients une solution d’avenir.

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