Les perspectives de développement liées aux futures technologies de batterie sont à étudier en regardant le développement historique des batteries qui est détaillé par Jean-Marie Tarascon dans ce document et résumé ci-dessous :

  • 1859 : Première batterie Plomb – Gaston Planté. Comme indiqué ci-dessous, il y a une décomposition d’une électrode, avec migration d’espèce puis recomposition à l’électrode opposée ;

Electrochimie de la batterie plomb – Source : Jean-Marie Tarascon, Collège de France

  • 1900 : Waldmar Jungner invente le principe de la batterie Nickel-Cadmium avec matériau d’insertion à l’électrode positive (pas de transformation de matière) ;
  • 1947 : Première commercialisation de batteri Ni-Cd ;
  • 1975 : Invention de la batterie Nickel-Hydrure Métallique (NIMH) par A. Percheron, J.H. Van Vucht avec des matériaux d’insertion aux deux électrodes ;
  • 1980 : Invention du matériau actif pour batterie lithium-ions : LiCoO2 ;

Matériaux d’insertion aux deux électrodes – Source : Jean-Marie Tarascon, Collège de France

Il s’agit du fameux principe de “rocking chair” avec les ions-lithium s’insérant alternativement aux électrodes négative et positive.

  • 1988 : Première commercialisation par Toshiba d’une batterie NIMH ;
  • 1991 : Première commercialisation d’un accumulateur Sony lithium-ions à base de matériau actif LiCoO2 ;
  • 2000–2010 : Développement commercial des batteries lithium-ions dans les marchés de l’électronique de consommation (cf figure 5), majoritairement à base de chimie LiCoO2.

Evolution du marché mondial des batteries (hors Plomb) entre 1990 et 2015 – Source Avicenne Energy

Entre l’invention d’une nouvelle technologie d’accumulateur électrochimique et son développement dans le marché de masse, il aura fallu 20 à 30 ans. On notera toutefois que pour une amélioration de la technologie lithium-ion, comme l’évolution vers la technologie LiNi1/3Mn1/3Co1/302, la démocratisation de la technologie est plus rapide :

  • 2001 : Invention du matériau actif LiNi1/3Mn1/3Co1/302
  • 2005 : Début de la commercialisation pour les secteurs de niche
  • 2010 : Commercialisation à grande échelle

Evolution des ventes d’électrode positive entre 2000 et 2015 – Source Avicenne Energy

Les nouveaux matériaux pour batterie ; Prédictions de time-to-market – Source Avicenne Energy

Si de nouveaux matériaux pour cathode sont attendus entre 2015 et 2020, ce sont des matériaux permettant d’augmenter la tension des cellules lithium-ions et ils doivent donc être associés à un électrolyte capable de tenir 5V de tension. Un tel électrolyte n’existe pas à ce jour mais devrait voir le jour dans la période 2020-2025.

La technologie lithium-soufre est la prochaine technologie promettant d’augmenter l’énergie stockée dans les batteries de 10 à 20%; cette technologie devrait se positionner sur le marché entre 2024 et 2028. La start-up Oxis Energy cherche à commercialiser cette technologie de cellules.

Les batteries à électrolyte solide, très prometteuse pour la réduction des coûts des batteries (simplification du process de fabrication) sont attendues sur le marché autour de 2030. Toyota annonce travailler sur le sujet, tout comme Bosch, qui a racheté la start-up américaine Seeo.

Le futur proche de la batterie sera donc avec les technologies lithium-ions. Des solutions d’améliorations sont déjà identifiées, ce qui permet d’être optimiste sur le potentiel futur de la batterie.

Bonus : lien vers un cours très clair sur les cellules lithium-ions par EV Tech explained.