Batteries solides : le Graal des dispositifs de stockage d’énergie ?

À mesure que l’électrification des usages s’accélère (mobilité, électronique grand public…), la question du stockage de l’énergie devient stratégique. Si les batteries lithium-ion conventionnelles dominent ce secteur, leurs performances semblent proches de leur niveau maximal. Une nouvelle génération de batteries pourrait leur succéder, celles dites « solides », dont les capacités sont très prometteuses. Elles intéressent fortement les industriels, mais ne sont pas pour le moment commercialisées.

La principale différence entre ces deux dispositifs de stockage se situe au niveau de leur architecture. Les batteries lithium-ion actuelles fonctionnent grâce à un électrolyte liquide qui assure le transfert des ions lithium, tandis que les batteries solides reposent sur un matériau solide, capable lui aussi d’assurer ce transport, tout en restant électriquement isolant. Ce changement permet d’utiliser des anodes en lithium métallique, beaucoup plus denses énergétiquement que le graphite, couramment utilisé dans les batteries actuelles, ainsi que des cathodes à haute capacité.

Les performances s’en trouvent fortement améliorées : les batteries solides pourraient potentiellement atteindre 400 Wh/kg, voire dépasser ce seuil, contre moins de 300 Wh/kg pour la technologie lithium-ion conventionnelle. Cette évolution apporterait une autonomie beaucoup plus importante pour les véhicules électriques, pouvant théoriquement dépasser les 1 000 km, à poids constant. Un autre avantage mis en avant se situe au niveau de la sécurité de ces batteries, puisque l’absence d’électrolyte liquide réduit fortement les risques d’emballement thermique, d’incendie, ou de fuites.

Les batteries solides sont aussi considérées comme offrant une meilleure durabilité et présentent donc un potentiel de vie plus longue. Elles sont en effet plus stables chimiquement et sont moins sujettes aux réactions parasites, en limitant notamment la formation de dendrites, ces structures métalliques responsables de courts-circuits dans les cellules. Alors que les batteries à électrolyte liquide offrent généralement entre 1 000 et 3 000 cycles de charge et de décharge, certaines batteries solides ont démontré en laboratoire des durées de vie pouvant atteindre environ 10 000 cycles.

Des temps de recharge record annoncés

La technologie à base d’électrolytes solides est aussi capable de supporter des plages thermiques plus étendues, et subit moins de dégradations liées à la chaleur. Elle promet également des temps de recharge plus rapides, grâce à une meilleure stabilité des matériaux et à une tolérance accrue aux fortes puissances de charge, en raison de sa capacité à supporter des flux ioniques très élevés. Résultat, des temps de recharge complets sont annoncés, dans certains cas, en moins de 15 minutes.

Des travaux soulignent aussi un impact environnemental potentiellement moindre, comme c’est le cas d’une étude commandée par l’ONG T&E (Transport & Environment) qui évoque une baisse de l’empreinte carbone pouvant atteindre près de 40 %. Les batteries solides permettraient par ailleurs de réduire l’utilisation de certains matériaux critiques, notamment le cobalt, et donc d’améliorer la durabilité des chaînes d’approvisionnement.

Si, sur le papier, elles semblent être le Graal des dispositifs de stockage, elles restent pour l’instant au stade du prototype. Plusieurs verrous techniques sont encore à lever en vue de les commercialiser, le principal concerne les interfaces entre les matériaux solides. Contrairement à l’usage d’un électrolyte liquide, cette technologie souffre souvent de mauvais contacts entre les couches, ce qui limite le transport des ions lithium. Sa stabilité au fil des cycles de charge et de décharge reste également difficile à garantir, ce qui réduit la durée de vie réelle de ces batteries.

La mise à l’échelle industrielle pose également problème, notamment en raison de la complexité de la fabrication. Les procédés diffèrent fortement de ceux des batteries conventionnelles et nécessitent d’appliquer des pressions importantes pour maintenir un très bon contact entre les différentes pièces de la batterie. À moyen terme, les experts anticipent une coexistence des différentes technologies plutôt qu’un remplacement brutal. Les batteries solides devraient d’abord équiper des véhicules premium ou des applications spécifiques, avant une éventuelle diffusion plus large après 2030-2035.