Parmi les batteries du futur, de nombreuses entreprises et instituts de recherche travaillent sur une chimie très prometteuse : le lithium-soufre. Elle présente des caractéristiques qui la rendent très attrayante, notamment en ce qui concerne les besoins de mobilité du futur.

En effet, les batteries lithium-soufre présentent une densité énergétique élevée, un poids relativement faible et des coûts de production réduits grâce aux différentes matières premières utilisées : principalement le soufre au lieu du cobalt. Alors pourquoi n'ont-elles pas encore envahi le marché ? Parce que les critiques ne manquent pas.

Une technologie ancienne

Les batteries lithium-soufre, comme la grande majorité des batteries rechargeables, exploitent la différence de charge électrique de deux électrodes et le passage d'ions de l'une à l'autre pour les cycles de charge et de décharge. Plus précisément, elles comportent une anode à dominante lithium (pôle négatif) et une cathode à dominante soufre (pôle positif). Elles sont séparées par une couche de matériau inerte et sont immergées dans un électrolyte dont la fonction est de permettre le passage des ions entre les électrodes lors des phases de charge et de décharge.

Ce type de batterie a maintenant plus d'un demi-siècle d'histoire. Plus précisément, elles ont été brevetées en 1962 et sont donc antérieures aux batteries lithium-ion classiques, qui ont ensuite pris le relais.

Densité doublée

Les batteries lithium-soufre ont la caractéristique de posséder une densité énergétique élevée. Alors qu'en moyenne une batterie lithium-ion atteint environ 250 à 300 Wh/kg, les batteries lithium-soufre atteignent facilement des valeurs de l'ordre de 550 à 600 Wh/kg. Mais il existe des études en laboratoire qui autorisent des valeurs aussi élevées que 900 Wh/kg.

Cela signifie qu'en remplaçant la batterie lithium-ion d'un smartphone moderne par une batterie lithium-soufre de taille équivalente, ce téléphone pourrait facilement fonctionner pendant une semaine avant d'avoir besoin d'être branché. Sur une voiture électrique, pour poursuivre les comparaisons, on pourrait facilement parcourir plus de 2 000 km avec un plein d'électrons sans augmenter le poids, l'encombrement et le coût. Bref, les avantages semblent évidents.

En outre, les batteries lithium-soufre sont plus légères que les batteries lithium-ion – ce qui, dans le domaine de l'automobile, constitue un avantage supplémentaire – et sont également plus fiables. Elles nécessitent peu d'entretien, subissent des dommages et des dysfonctionnements moins fréquemment et fonctionnent correctement dans une plage de températures plus large.

Le graphène est utilisé pour prolonger la durée de vie des batteries lithium-soufre

Une dégradation trop rapide

Alors, pourquoi ne sont-elles pas encore sur le marché ? Parce que leur durée de vie est courte pour être utilisée dans une voiture électrique et pour l'électronique grand public. En moyenne, elles perdent un pourcentage considérable de leurs performances après seulement une centaine de cycles.

Elles souffrent également de problèmes d'autodécharge, un phénomène par lequel l'énergie est perdue même lorsque les batteries ne sont pas utilisées. Toutefois, ces derniers temps, des progrès significatifs ont été réalisés grâce à l'intensification de la recherche.

Qui les utilise

Après avoir été reléguées pendant des années au rang de solution marginale, les batteries lithium-soufre semblent sur le point de faire leur entrée sur le marché. La start-up Lyten, basée dans la Silicon Valley, a découvert qu'en utilisant des cages de graphène poreux pour recouvrir la cathode, il est possible d'augmenter la durée de vie de la batterie sans compromettre les performances. Lyten a apparemment mis au point des cellules lithium-soufre qui peuvent résister à plus de 1 000 cycles de charge.

L'entreprise, qui est financée à la fois par le gouvernement américain et par des constructeurs automobiles tels que Stellantis, est convaincue qu'elle sera en mesure de développer un produit commercialisable d'ici à 2025. Et elle n'est pas la seule. Aux États-Unis notamment, de nombreux acteurs tels que PolyPlus Battery, NexTech Battery ou encore Zeta Energy LLC semblent destinés à prendre la tête d'une industrie qui, d'une valeur actuelle de 32 millions de dollars, dépassera les 200 millions d'ici à 2028.

Galerie: La batterie à lithium soufre de Lyten