Le soufre est-il l’avenir des batteries moins chères et de meilleure qualité ?

Les batteries sont déjà la clé de voûte de certains domaines de notre vie : à la fois pour alimenter un parc de véhicules de plus en plus électrique et pour stocker sur le réseau de l’électricité issue de sources d’énergie renouvelables. Aujourd’hui, les batteries lithium-ion constituent le choix prédominant dans les deux secteurs.

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Mais plus les besoins en batteries seront grands, plus il sera difficile de trouver les matériaux nécessaires, comme le cobalt et le nickel, dont certains sont extraits dans des conditions controversées. Une alternative pourrait résider dans un matériau abondant et bon marché : le soufre.

La start-up américaine Lyten prévoit de livrer cette année à ses premiers clients des quantités limitées de cellules lithium-soufre, qui peuvent être assemblées pour construire des batteries de différentes tailles. Il s’agit notamment d’entreprises des secteurs de l’aérospatiale et de la défense. S’ils s’avèrent efficaces, ils pourraient également être utilisés à moyen terme dans les voitures électriques.

Lorsqu’il s’agit de nouvelles options pour les batteries, « nous avons besoin de quelque chose que nous pouvons produire en grande quantité et rapidement. Le lithium-soufre fait l’affaire », déclare Celina Mikolajczak, directrice de la technologie des batteries chez Lyten. Le soufre est abondant et peu coûteux, c’est pourquoi les batteries lithium-soufre peuvent être fabriquées à beaucoup moins cher. Les coûts des matériaux sont environ deux fois moins élevés que ceux des cellules lithium-ion, explique Mikolajczak.

Faible poids, forte volatilité

Les batteries lithium-soufre pourraient également surpasser les batteries lithium-ion sur un point crucial : la densité énergétique. Une batterie lithium-soufre peut stocker presque deux fois plus d’énergie qu’une batterie lithium-ion de même poids. Ceci est particulièrement avantageux pour les véhicules électriques, car un poids plus faible signifie une autonomie plus longue. Cependant, il reste encore des obstacles techniques majeurs que Lyten doit surmonter pour rendre ses produits prêts à être utilisés dans les voitures électriques, comme la longévité.

Les batteries lithium-ion actuelles pour voitures électriques peuvent durer 800 cycles ou plus. Cela signifie qu’ils peuvent être déchargés et rechargés 800 fois. Les variantes lithium-soufre ont tendance à se décomposer beaucoup plus rapidement. Ils durent actuellement environ 100 cycles, explique Shirley Meng, chercheuse en batteries à l’Université de Chicago et au Laboratoire national d’Argonne.

En effet, les réactions chimiques qui alimentent les batteries lithium-soufre sont difficiles à contenir. Les réactions indésirables entre le lithium et le soufre raccourcissent la durée de vie des batteries.

Lyten n’est pas la première entreprise à explorer les batteries lithium-soufre prometteuses. La technologie fait l’objet de recherches depuis des décennies. Certaines entreprises, comme le britannique Oxis Energy, ont fermé leurs portes tandis que d’autres, dont Sion Power, se sont éloignées du lithium-soufre. Mais la demande croissante d’alternatives et l’intérêt accru pour les batteries alternatives pourraient permettre à Lyten de réussir là où les efforts précédents ont échoué, dit Meng.

Le graphène comme matériau auxiliaire

Lyten a fait des progrès dans l’allongement de la durée de vie de ses batteries, certains échantillons ayant récemment atteint 300 cycles, selon la porte-parole de l’entreprise, Mickolajczak. Elle attribue ce succès au matériau graphène 3D de Lyten, qui évite les réactions secondaires indésirables et augmente la densité énergétique de la cellule. L’entreprise souhaite également utiliser le graphène 3D, dont la structure est plus complexe que la version bidimensionnelle, dans d’autres produits tels que des capteurs et des matériaux composites.

Malgré les progrès récents, Lyten est encore loin de produire des batteries suffisamment durables pour alimenter une voiture électrique. En attendant, l’entreprise souhaite commercialiser ses cellules là où la durée de vie n’est pas aussi importante. Étant donné que les batteries au lithium-soufre peuvent être extrêmement légères, l’entreprise travaille par exemple avec des clients qui construisent des drones, pour lesquels des changements fréquents de batterie justifieraient des économies de poids, explique Keith Norman, directeur du développement durable de Lyten.

L’entreprise a ouvert une production pilote en 2023 avec une capacité maximale de 200 000 cellules par an. Elle a récemment commencé à produire un petit nombre de cellules, qui devraient être livrées aux clients payants plus tard cette année. Lyten ne précise pas de quels clients il s’agit en détail.

Même si les batteries lithium-soufre en sont encore à leurs débuts, Lyten croit au potentiel : comme le souligne Celina Mikolajczak, les batteries lithium-ion ont continué à s’améliorer en termes de coût, de durée de vie et de densité énergétique. C’est aussi ce que nous espérons des technologies alternatives. Des coûts de matériaux inférieurs sont un bon début.

(jl)