Les véhicules électrifiés et les installations solaires connaissent un essor sans précédent et le besoin en batteries efficaces, bon marché et recyclables ne cesse de croître. La recherche travaille d’arrache-pied sur de nouvelles technologies, dont va dépendre aussi le succès de la lutte contre le changement climatique.
Elektroautos und Solaranlagen boomen, der Bedarf an effizienten, günstigen und rezyklierbaren Batterien wächst. Die Forschung arbeitet deshalb mit Hochdruck an neuen Technologien – von ihnen hängt auch der Erfolg im Kampf gegen den Klimawandel ab.
Lorsqu’il est question de voiture électrique ou d’installation solaire, deux technologies en plein boom, impossible de ne pas évoquer un élément clé: le stockage de l’électricité, ou plutôt la batterie, et plus précisément la batterie lithium-ion.
Cette dernière est actuellement considérée comme étant la technologie la plus efficace et la plus avancée pour les voitures électriques et les installations solaires. Des batteries performantes sont la clé de la réduction des émissions de CO2: la part de marché des véhicules électriques devrait dépasser les 90% d’ici 2035; les installations solaires sont également en plein essor, ce qui entraîne un besoin croissant de stocker l’électricité.
Les batteries lithium-ion ont toutefois un coût pour l’environnement. Lors de la fabrication de voitures, la production de batteries est responsable de 40% des émissions de CO2. De plus, il est nécessaire d’avoir recours à des matières premières précieuses: outre le lithium, on peut citer entre autres le cobalt, le manganèse et le titane. L’institut Fraunhofer, en Allemagne, a calculé qu’avec les besoins globaux actuels, les réserves mondiales de lithium seront épuisées d’ici 2050.
Miser sur les nouvelles technologies de batteries
Un potentiel d’optimisation existe. C’est la raison pour laquelle les chercheurs du monde entier visent à rendre les accumulateurs d’électricité plus durables, plus performants et moins chers. C’est aussi le cas en Suisse, où le Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche Empa, l’EPFZ et l’Institut Paul Scherrer travaillent sur de nouvelles technologies de batteries.
On attend beaucoup des batteries bipolaires. Leur structure permet de gagner plus de la moitié de l’espace nécessaire aux batteries traditionnelles. Les batteries bipolaires devraient en outre offrir aux voitures électriques une autonomie allant jusqu’à 1000 kilomètres. Les chercheurs se concentrent également sur les batteries solides à longue durée de vie et à rechargement rapide, qui ne contiennent aucunes substances toxiques ou inflammables.
Des recherches sont également menées sur les batteries magnésium-soufre, pouvant stocker deux fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion et dont les matières premières sont moins chères. Enfin, des expériences sont menées sur ce qu’on appelle les électrodes en couches minces en silicium et en lithium qui permettraient de concevoir des batteries plus petites et plus légères.
Le recyclage s’améliore
Des progrès ont aussi été réalisés en matière de recyclage. Les émissions de CO2 dues au recyclage des batteries lithium-ion sont faibles et environ 70% du lithium peut désormais être récupéré. En ce qui concerne le nickel et le cobalt, ce taux peut atteindre 95%. En 2023, une usine de recyclage spécialisée dans les batteries automobiles créée par la start-up Librec devrait être mise en service en Suisse. Elle devrait permettre de récupérer plus de 90% des matières premières.
Des technologies de batterie optimisées, une meilleure empreinte écologique et un recyclage plus efficace, voilà qui devrait en inciter certains à opter pour une voiture électrique dans un futur proche.
Egal ob beim Elektroauto oder der Solaranlage: Sobald es um die beiden boomenden Technologien geht, kommt man um ein Herzstück nicht herum – die Stromspeicherung, respektive die Batterie. Genauer: Die Lithium-Ionen-Batterie.
Bei Elektroautos und Solaranlagen gilt die Lithium-Ionen-Batterie derzeit als die effizienteste und am weitesten fortgeschrittene Technologie. Leistungsstarke Batterien sind der Schlüssel für die Reduktion von CO2 : Der Marktanteil von Elektroautos wird bis 2035 voraussichtlich auf über 90 Prozent wachsen. Auch Solaranlagen boomen und damit wächst der Bedarf, den Strom zu speichern.
Lithium-Ionen-Batterien kommen jedoch zu einem Preis für die Umwelt: Bei der Autoherstellung ist die Batterie-Produktion für 40 Prozent der CO2-Emissionen verantwortlich. Zudem werden wertvolle Rohstoffe aufgebraucht – neben Lithium unter anderem auch Kobalt, Mangan und Titanium. Das Fraunhofer-Institut in Deutschland hat berechnet, dass die weltweiten Lithium-Reserven beim aktuellen globalen Bedarf bis 2050 reichen.
Neue Batterietechnologien im Fokus
Es besteht Optimierungspotenzial. Weltweit suchen Forscherinnen und Forscher deshalb nach Wegen, um die Stromspeicher langlebiger, leistungsstärker und günstiger zu machen. Auch in der Schweiz, wo das Materialforschungsinstitut Empa, die ETH und das Paul-Scherrer-Institut an neuen Batterietechnologien arbeiten.
Viel verspricht man sich von Bipolar-Batterien: Ihre Bauweise spart über die Hälfte des Platzes im Vergleich zu herkömmlichen Batterien. Bipolar-Batterien sollen zudem eine Reichweite von Elektroautos von bis zu 1000 Kilometer ermöglichen. Im Fokus der Forschung stehen auch langlebige und schnell aufladbare Feststoff-Batterien, die keine giftigen oder entflammbaren Stoffe enthalten.
Zusätzlich geforscht wird an Magnesium-Schwefel-Batterien, deren Rohstoffe günstiger sind und die doppelt so viel Energie speichern können, wie Lithium-Ionen-Batterien. Und nicht zuletzt wird mit sogenannten Dünnschicht-Elektroden aus Silizium und Lithium experimentiert: Sie würden kleinere und leichtere Batterien ermöglichen.
Recycling wird besser
Im Recycling werden ebenfalls Fortschritte gemacht. Die CO2-Belastung durch das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien ist klein und es können rund 70 Prozent des Lithiums zurückgewonnen werden. Bei Nickel und Kobalt sind es bis zu 95 Prozent. 2023 soll in der Schweiz eine auf Autobatterien spezialisierte Recycling-Anlage des Start-Ups Librec den Betrieb aufnehmen: Sie soll über 90 Prozent der Rohstoffe zurückgewinnen können.
Optimierte Batterietechnologien, bessere Umweltverträglichkeit und ein effizienteres Recycling: Dies dürfte für manche ein zusätzlicher Ansporn sein, sich demnächst für ein Elektroauto zu entscheiden.
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