La batterie lithium-soufre constitue une piste prometteuse pour augmenter sensiblement l’autonomie des véhicules propres, et faire voler des avions électriques.
Dans les années 1990, la technologie lithium-ion a révolutionné le monde des objets fonctionnant sur batteries, notamment l’électronique portable, mais il n’y a plus de développement spectaculaire à attendre de ce mode de stockage d’énergie.
Pour augmenter sensiblement l’autonomie des véhicules électriques, à moins de réduire considérablement leur poids, il n’existe que deux solutions : soit augmenter le nombre de cellules, soit faire appel à une autre technologie. Or le poids des batteries lithium-ion (Li-ion) est un facteur limitant : leur densité massique s’élève à environ 150 Wh/kg. Cela explique que le pack batteries d’une Renault Zoé 2e génération, d’une capacité de 52 kWh, s’élève à 326 kilos. Celui d’une Tesla Model 3, d’une capacité de 75 kWh, pèse un peu moins d’une demi-tonne, armature comprise.
Le lithium-soufre : solution d’avenir ?
C’est notamment ce qui explique pourquoi, depuis plusieurs années, les recherches sur la technologie lithium-soufre (LSB) s’intensifient.
En janvier dernier, nous avions déjà évoqué les progrès considérables réalisés par une équipe de chercheurs de l’université de Monash en Australie.
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De nombreux problèmes restaient à résoudre : faible durée de vie des cellules, instabilité des électrodes, et formation de dendrites sur les anodes. Mais aujourd’hui, ces obstacles sont en passe d’être surmontés.
Des chercheurs de l’Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk (Corée du Sud) ont développé une structure hôte appelée « silice mésoporeuse ordonnée en plaquettes (pOMS) ». Cette structure permet d’utiliser un oxyde métallique peu coûteux et abondant, la silice, pour attirer les polysulfures de lithium solubles (LiPS) qui se forment à la cathode. Les LiPS atteignaient facilement l’anode et dégradaient progressivement la capacité de la batterie. Grâce à la silice, les LiPS peuvent désormais être piégées à la cathode.
Selon le professeur Jong-Sung Yu, qui a dirigé les études, « la structure de la silice retient clairement beaucoup plus de soufre pendant les cycles, et cela se traduit par une stabilité plus importante sur pas moins de 2000 cycles ».
Ces résultats pourraient conduire à une véritable révolution dans la fabrication des batteries au soufre, et ouvrent le champ des possibles en matière d’autonomie des véhicules propres, y compris des avions électriques.
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Le projet Oxis
Basée à Abingdon dans l’Oxfordshire (Royaume-Uni), l’entreprise Oxis Energy travaille depuis 2004 sur les potentialités des batteries lithium-soufre. Mark Crittenden, PDG d’Oxis Energy, est également confronté aux problèmes de dégradation de l’anode, mais il a réussi malgré tout à doubler la densité énergétique de ses batteries par rapport aux lithium-ion équivalentes. Oxis Energy atteint 470 Wh par kilo de batterie, et espère atteindre 600 Wh dans les cinq ans à venir.
Une telle évolution pourrait garantir une autonomie considérable pour des avions, mais permettrait aussi le développement de bateaux, de véhicules utilitaires, voire de poids lourds électriques.
Oxis Energy s’est associée à la société Texas Aircraft Manufacturing pour développer l’eColt, un avion 100% électrique équipé d’un pack de batteries lithium-soufre à haute densité de 90 kWh.
L’eColt, issu de l’adaptation du Colt-S-LSA, un biplace à moteur thermique, sera fabriqué au Brésil, et aura une autonomie de deux heures de vol ou de 370 kilomètres.Selon Oxis Energy, le pack de batteries de 90 kWh présente un poids inférieur de 40% par rapport à un pack équivalent au lithium-ion, grâce à une densité énergétique de 400 Wh/kg.
Mais ses détracteurs pointent du doigt une durée de vie plus courte, offrant entre 200 et 300 cycles de charge-décharge, ce qui en fait une technologie encore coûteuse.
Toutefois, au vu de ses nombreuses potentialités, la batterie lithium-soufre pourrait bien infliger un sérieux coup de griffe à la technologie Li-ion.
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Il faut nécessairement diviser par 2 le poids des véhicules électriques pour diviser par 4 la consommation d’énergie, car on ne pourra pas installer assez d’éoliennes et panneaux solaires (ou réacteurs EPR) pour charger toutes les batteries du parc véhicule routier en tout électrique. Sur les nouvelles batteries Lithium-soufre 2 fois plus légères, OK, mais quid du temps de recharge par rapport aux batteries Lithium-Ion ?
Il n’y a aucun problème. Si tout le parc de véhicule particulier (soit 40 millions de véhicules) était électrique il suffirait de 5 réacteurs nucléaires comme ceux de 900 mW pour pouvoir les alimenter
Transport routier = 500 TWh soit une puissance de réacteurs nucléaires totale de 82 GW, soit 92 réacteurs de 900 MW et non pas 5 réacteurs.
Monsieur Piketty, j’ai lu votre livre, mais je ne sais pas où vous allez chercher vos 500 TWh. N’oubliez pas qu’au lieu d’un rendement de 25% pour les moteurs thermiques, celui des moteurs électriques est de 90%, ce qui réduit déjà très fort la quantité d’énergie nécessaire. En outre les véhicules électriques récupèrent suivant les cas 10 à 30 % de l’énergie consommée lors des décélérations et des freinages grâce au freinage régénératif. Et puis tous ceux qui ont une voiture électrique vous expliqueront qu’à 95% du temps ils rechargent leur voiture la nuit, lorsqu’ils ne l’utilisent pas et que… Lire plus »
Quand il y a quelques années le gouvernement britannique a émis l’idée d’arrêter la vente de véhicules à énergie fossile en 2040, certains ont crié en cœur que ça serait la fin du monde, qu’on ne pourrait pas alimenter tous ces VE sans provoquer des coupures à répétition. Le gouvernement a donc demandé une étude au National Grid, l’équivalent là-bas de notre RTE français, pour savoir si le réseau serait prêt à une telle mutation. Conclusion, le National Grid a annoncé qu’ils ne seraient pas prêts en 2040, mais en 2030.
Alors si même les Anglais y arrivent…
Les camions ne font pas partie des véhicules de particuliers que je sache. Si je ne parle pas des camions c’est qu’aujourd’hui 99% des véhicules à batteries sont des véhicules de particuliers et les 1% restant sont des bus. La totalité du parc des particulier sera électrique avant qu’une part significative de camions soit électrifiée, si tant est qu’ils le soient un jour puisqu’il est probable qu’à cette époque l’hydrogène sera entré en concurrence avec la batterie et qu’il sera plus adapté aux véhicules de transports de marchandises qu’au véhicules légers. Alors refaites les calculs avec 40 million de ve… Lire plus »
Pour les voitures particulières, l’énergie annuelle est de 440 TWh en énergie finale fossile. En équivalent de voitures électriques qui consommeraient 2 fois moins grâce au meilleur rendement, cela fait 220 TWh au total, soit un besoin de puissance nucléaire de 36 GW, soit 40 réacteurs nucléaires de 900 MW. L’explication de ces calculs figure dans mon livre disponible en ligne sur Librinova. Mon livre propose d’autres optimisations permettant d’accroître l’efficacité énergétique afin de ne pas être contraint de construire des installations de production d’énergie dépassant les capacités de notre territoire. Mon livre vous permet aussi de calculer les solutions… Lire plus »
Le parcours moyen d’un véhicule de particulier en France serait de 33 Km par jour selon Statistica : https://fr.statista.com/statistiques/484345/distance-parcourue-en-moyenne-par-voiture-france/#:~:text=Il%20en%20ressort%20qu%27en%202018%2C%20une%20voiture%20particuli%C3%A8re,particuli%C3%A8re%20diesel%20cette%20distance%20%C3%A9tait%20de%2015.895%20kilom%C3%A8tres. La consommation moyenne au 100 Km des véhicules électriques de particuliers serait selon la plupart des analyses trouvées sur Internet et qui confirme ma propre expérience de 15 KWh au 100 Km Cela signifie que chaque jour un véhicule électrique consomme 15/100*33 = 5KWh et pour 40 millions de véhicules 198 GWh. Sachant qu’un réacteur nucléaire de 900 MW produit en 24 heures 21, 6 GWh il en faut donc 9 et non 5. D’accord, je me suis trompé de presque du… Lire plus »
La Renault Zoe (voiture électrique moyenne) consomme 13 kWh aux 100 km. Et en ville c’est plus selon ce site internet (18 kWh aux 100 km). https://www.automobile-propre.com/dossiers/la-consommation-dune-voiture-electrique/#:~:text=Une%20caract%C3%A9ristique%20dont%20l'importance,kWh%2F100%20km%20en%20ville. De plus, beaucoup de voitures électriques sont maintenant des SUV très lourds consommant 2 fois plus. Si je retiens la consommation de 15 kWh pour tout le monde, ce qui est un minimum, c’est 3 fois plus que la vôtre (5 kWh) ; alors vos 198 GWh par jour deviennent : 198 x 3 = 594 GWh par jour. Le nucléaire Français ayant un facteur de charge annuel de 70 % (chiffres des rapports… Lire plus »
Mr Piketty vous avez l’air fâché avec les chiffres. Les 198 GWh avancés par Mr Rochain correspondent à une consommation moyenne de 15 kWh/100 km et une distance moyenne de 33 km par jour, donc c’est bien 5 kWh en moyenne par jour par VE et donc 198 GWh pour 40 millions de VE. Pourquoi multiplier par 3?
Pour 40 millions de véhicules électriques (hors poids lourds) Mr Rochain calculait une consommation journalière de 198 GWh soit 72,27 TWh par an (0,198 TWh x 365 jours). J’indiquais pour ma part une consommation du transport routier de 440 TWh par an, en énergie fossile très majoritaire. En équivalent de 100 % de voitures électriques qui consommeraient 2 fois moins qu’avec des moteurs thermiques grâce au meilleur rendement du moteur électrique, j’obtenais un total de 220 TWh à comparer avec les 72,27 TWh de Mr Rochain (multiplication par 3). Voici une réactualisation détaillée de mon calcul. En 2020 notre consommation… Lire plus »
Peu probable que la technologie des batteries perce vraiment dans l’aéro qui a pris l’habitude du kérosène (plus de 10 kWh/kg) à l’exception de quelques petits appareils type DR400 ou équivalent pour les écoles de pilotage. Les pistes les plus prometteuses à l’heure actuelles sont les biocarburants voire le GNL voire l’hydrogène (liquide pour les gros appareils, compressés pour les petits => des protos de cette catégorie ont déjà volé avec des perfos prometteuses)