Place au lithium : les batteries à l’aluminium et au soufre déclenchent une révolution énergétique

En janvier 2024, une étude publiée dans Nature Communications a rapporté une batterie aluminium-soufre fonctionnant à 85 °C avec un électrolyte de chloroaluminate fondu, conservant 85,4 % de sa capacité après 1 400 cycles à 1C.
Le prototype de batterie aluminium-ion de Stanford en 2015 utilisait une anode en aluminium et une cathode en graphite, permettant une recharge ultra-rapide (environ une minute) et plus de 7 500 cycles à environ 2 V.
En 2014, Phinergy a démontré une voiture pouvant parcourir environ 1 100 miles grâce à des batteries aluminium-air.
Les batteries aluminium-air offrent environ trois fois la densité énergétique par poids des batteries lithium-ion.
En janvier 2023, le Laboratoire National d’Argonne a démontré des cellules Li–S avec une inter-couche redox-active qui a presque éliminé l’effet navette et permis plus de 700 cycles.
Les cellules lithium-soufre ont démontré des densités énergétiques autour de 400–500 Wh/kg en laboratoire, et le projet SABERS de la NASA vise environ 500 Wh/kg pour l’aviation électrique.
En août 2022, Donald Sadoway du MIT a présenté une batterie aluminium-soufre avec une anode en aluminium et une cathode en soufre, utilisant des électrolytes à base de sels fondus pour permettre un fonctionnement sûr et à faible coût.
En octobre 2024, Lyten a annoncé son intention de construire la première gigafactory de batteries Li–S au monde dans le Nevada, visant 10 GWh/an d’ici 2027.
En mars 2025, Theion a levé 15 millions d’euros pour industrialiser des cellules Li–S à soufre cristallin, affirmant une densité énergétique triple de celle du Li-ion, un coût réduit d’un tiers et des émissions de CO₂ réduites d’un tiers, avec des plans pour passer des cellules bouton aux cellules pouch de plus grande taille.
En 2023, Phinergy et Indian Oil Corporation ont présenté le premier véhicule indien alimenté par batterie aluminium-air, signalant un potentiel de déploiement sur le marché.

Imaginez des batteries fabriquées à partir de simple papier aluminium et de poudre de soufre, alimentant tout, des maisons aux voitures électriques, à une fraction du coût actuel. Les batteries à base d’aluminium et de soufre émergent comme des alternatives prometteuses aux cellules lithium-ion traditionnelles, offrant le potentiel alléchant d’un stockage d’énergie moins cher, plus sûr et plus durable. Dans ce rapport, nous examinons ce que sont ces batteries à l’aluminium et au soufre, comment elles fonctionnent, les différents types en développement (y compris une combinaison passionnante d’aluminium et de soufre), leurs avantages et défis, les acteurs clés à l’origine des percées, et comment les innovations récentes de 2024–2025 pourraient transformer l’énergie propre et les véhicules électriques. (Toutes les sources sont citées pour garantir la crédibilité.)

Que sont les batteries à l’aluminium et au soufre ?

Les batteries à l’aluminium et les batteries au soufre représentent deux grandes familles de technologies de batteries rechargeables de nouvelle génération qui visent à répondre aux limites des batteries lithium-ion actuelles. En termes simples, elles utilisent de l’aluminium ou du soufre (ou les deux) dans leurs réactions électrochimiques au lieu de s’appuyer uniquement sur des chimies à base de lithium. Comme toute batterie, elles comportent trois parties principales : une électrode positive (cathode), une électrode négative (anode) et un électrolyte entre les deux qui transporte les ions lors de la charge et de la décharge. La différence clé réside dans la chimie : dans les batteries à l’aluminium, le métal aluminium sert souvent d’anode (et dans certains modèles fournit les ions porteurs de charge), tandis que dans les batteries au soufre, l’élément soufre sert généralement de matériau de cathode acceptant les ions d’une anode métallique (comme le lithium ou le sodium).

Pourquoi explorer l’aluminium ou le soufre ? Les deux éléments sont incroyablement abondants et peu coûteux comparés au lithium et au cobalt utilisés dans les cellules Li-ion. L’aluminium est le métal le plus abondant dans la croûte terrestre et possède une capacité théorique très élevée de stockage de charge (chaque atome d’Al peut libérer 3 électrons, ce qui lui donne une capacité de charge de 2,98 Ah par gramme, ce qui est énorme) nature.com. Le soufre est l’un des éléments non métalliques les moins chers (souvent un sous-produit du raffinage du pétrole) et peut se lier à deux ions lithium par atome, permettant un potentiel de stockage d’énergie très élevé nature.com, anl.gov. En principe, les batteries utilisant l’aluminium ou le soufre pourraient contenir plus d’énergie pour un poids donné et coûter beaucoup moins cher que les batteries lithium-ion actuelles. Comme l’expliquent les chercheurs du Argonne National Laboratory, « Le soufre est extrêmement abondant et rentable et peut stocker plus d’énergie que les batteries traditionnelles à base d’ions. » anl.gov De même, l’aluminium est peu coûteux, largement disponible, et stocke la charge de façon dense à la fois en poids et en volumenature.com.

Un autre grand moteur est la sécurité et la durabilité. Les batteries lithium-ion utilisent des électrolytes liquides organiques inflammables et nécessitent souvent des métaux rares (comme le cobalt, le nickel, le lithium) qui posent des problèmes de chaîne d’approvisionnement et d’éthique. En revanche, de nombreux modèles de batteries à l’aluminium et au soufre peuvent utiliser des électrolytes non inflammables (tels que des liquides ioniques ou des sels fondus) et éviter les minerais de conflit. Par exemple, une conception récente de batterie lithium-soufre utilise uniquement « des matériaux locaux abondamment disponibles, éliminant le besoin de minéraux extraits comme le nickel, le cobalt, le manganèse et le graphite », selon la startup de batteries Lyten lyten.com. Le professeur du MIT Donald Sadoway – un innovateur majeur dans le domaine des batteries – recherche explicitement des « ingrédients bon marché et abondants sur Terre » pour inventer quelque chose de « bien meilleur que le lithium-ion », et a choisi l’aluminium pour l’anode et le soufre pour la cathode dans sa dernière chimie de batterie news.mit.edu.

En résumé, les batteries à l’aluminium et au soufre sont une tentative de construire une batterie moins chère, plus sûre et plus éthique en utilisant des éléments qui sont abondants (pas de pénurie mondiale), peu coûteux et intrinsèquement à haute capacité. Voyons maintenant comment ces batteries fonctionnent en pratique et les différents types en cours de développement.

Comment fonctionnent-elles ? (Les bases des batteries en langage simple)

Les batteries à base d’aluminium utilisent généralement le métal aluminium comme anode. Lorsque la batterie se décharge, le métal aluminium cède des électrons (produisant un courant électrique) et des ions aluminium (Al³⁺) qui voyagent à travers l’électrolyte vers la cathode. Selon le type de batterie, ces ions aluminium s’intercalent (s’insèrent) dans un matériau de cathode ou réagissent avec lui. Par exemple, dans une batterie aluminium-ion, les ions Al³⁺ se déplacent dans une cathode en couches (comme le graphite ou un oxyde métallique) et en ressortent lors de la recharge news.stanford.edu. Dans une batterie aluminium-soufre, les ions aluminium réagissent avec le soufre à la cathode pour former des composés aluminium-soufre lors de la décharge, puis reviennent à l’état de métal aluminium lors de la recharge nature.com. Et dans les batteries aluminium-air, le métal aluminium réagit avec l’oxygène de l’air à une cathode spéciale, produisant de l’oxyde ou de l’hydroxyde d’aluminium – une réaction qui libère de l’électricité jusqu’à ce que l’anode en aluminium soit consommée.

Les batteries à base de soufre impliquent généralement une cathode en soufre associée à une anode métallique (le lithium est le plus courant, mais le sodium, voire le magnésium ou l’aluminium peuvent être utilisés). Prenons l’exemple de la batterie lithium-soufre (Li-S) : lors de la décharge, les atomes de lithium métallique à l’anode cèdent des électrons et deviennent des ions lithium (Li⁺) qui traversent l’électrolyte jusqu’à la cathode en soufre. Le soufre (molécules S₈) y est converti en sulfure de lithium (Li₂S) en incorporant les ions lithium – en résumé, le soufre absorbe les ions lithium et les électrons pour former de nouveaux composés, stockant l’énergie dans les liaisons chimiques. Lors de la recharge, ce processus s’inverse : les ions lithium quittent le soufre et retournent à l’anode, et le soufre est régénéré. Comme chaque atome de soufre peut se lier à deux atomes de lithium, et que les anneaux S₈ peuvent se fragmenter en diverses molécules de polysulfure de lithium, les batteries Li-S peuvent théoriquement stocker 3 à 5 fois plus d’énergie par poids que les batteries Li-ion. Les batteries sodium-soufre (Na-S) fonctionnent de manière analogue avec des ions sodium et forment généralement des polysulfures de sodium ou du sulfure de sodium.

Dans toutes ces batteries, les ions font la navette d’un côté à l’autre à travers un électrolyte tandis que les électrons circulent dans un circuit externe – c’est ainsi que la batterie se charge et se décharge. L’électrolyte peut être un liquide, un gel ou un solide qui permet le déplacement des ions mais oblige les électrons à passer par le circuit (ce qui alimente votre appareil). Il est important de noter que certaines de ces nouvelles chimies nécessitent des électrolytes spéciaux pour fonctionner. Les batteries aluminium-ion reposent souvent sur des électrolytes à liquide ionique ou à sel fondu car les ions Al³⁺ interagissent fortement avec les solvants classiques. En fait, les premières batteries rechargeables à l’aluminium ne sont devenues viables que lorsque les chercheurs ont trouvé un liquide ionique à température ambiante (à base de sels de chloroaluminate) qui permet aux ions aluminium d’entrer et de sortir efficacement d’une cathode en graphite news.stanford.edu. De même, les batteries lithium-soufre utilisent souvent des électrolytes liquides modifiés ou des électrolytes solides pour éviter des problèmes que nous aborderons plus tard (comme la fuite du soufre dans l’électrolyte).

Pour résumer simplement : les batteries à aluminium produisent de l’énergie grâce au métal aluminium qui libère plusieurs électrons par atome (une charge incroyablement élevée par atome de métal) et forme des liaisons soit avec une cathode hôte, soit avec de l’oxygène/du soufre, tandis que les batteries au soufre produisent de l’énergie en permettant à un élément léger et abondant (le soufre) de capter des ions métalliques et des électrons dans des composés riches en énergie. Les deux conceptions nous font dépasser le transfert d’un seul ion lithium des batteries actuelles, offrant potentiellement plus de puissance par charge. Voyons maintenant les différentes variétés de ces batteries en cours de développement.

Types de batteries à base d’aluminium

Les chercheurs explorent plusieurs types de batteries utilisant l’aluminium de différentes manières :

Batteries rechargeables à ions aluminium (Al-Ion) : Ces batteries utilisent du métal d’aluminium comme anode et généralement une cathode graphitique avec un électrolyte spécial à base de liquide ionique. Un exemple précoce célèbre provient de l’Université de Stanford en 2015, où des scientifiques ont démontré un prototype de batterie à ions aluminium avec une anode en aluminium et une cathode en graphite dans un liquide ionique. Elle a montré une recharge ultra-rapide (une petite cellule pouvait être rechargée en environ une minute !) et une durée de vie extrêmement longue (plus de 7 500 cycles de charge sans perte de capacité) news.stanford.edu. La cellule de Stanford était également très sûre – les chercheurs pouvaient percer la cellule en pochette sans qu’elle ne prenne feu, contrairement aux cellules au lithium news.stanford.edu. Cependant, elle avait une tension plus faible (~2 volts, soit environ la moitié de la tension d’une cellule Li-ion typique) news.stanford.edu, ce qui signifie qu’il faudrait plus de cellules en série pour atteindre des tensions utiles. Atout principal : Les batteries Al-Ion promettent une recharge rapide, une longue durée de vie et une sécurité accrue (aucun composant sujet à l’incendie), en utilisant des matériaux bon marché (aluminium et carbone) news.stanford.edu. La recherche en cours vise à augmenter leur densité énergétique en trouvant de meilleures cathodes et électrolytes pour accroître la tension et la capacité news.stanford.edu. Plusieurs groupes dans le monde (de Stanford aux universités chinoises news.mit.edu) font progresser la technologie des ions aluminium. Par exemple, des chercheurs étudient divers matériaux de cathode (y compris des sulfures métalliques nature.com) pour stocker les ions aluminium plus efficacement nature.com.
Batteries aluminium-air : L’aluminium-air est une pile primaire (non rechargeable électriquement, mais potentiellement « rechargée » mécaniquement) où le métal d’aluminium réagit avec l’oxygène de l’air pour produire de l’électricité. Ces cellules ont une densité d’énergie impressionnante car la cathode n’est que l’air ambiant – ce qui rend la batterie extrêmement légère. En fait, les packs aluminium-air peuvent avoir environ 3 fois plus d’énergie par poids que le lithium-ion au niveau du système evreporter.com. L’inconvénient est qu’une fois que l’anode d’aluminium s’oxyde en hydroxyde ou oxyde d’aluminium, la cellule est « usée » et nécessite de l’aluminium neuf pour continuer. Cela rend l’aluminium-air plus proche d’une pile à combustible ou d’un prolongateur d’autonomie : il faudrait remplacer la plaque d’aluminium (et recycler l’ancienne) plutôt que de la recharger sur secteur. Des entreprises comme Phinergy en Israël sont des pionnières des systèmes aluminium-air depuis des années. En partenariat avec Indian Oil Corporation, elles testent des batteries aluminium-air dans des véhicules électriques et des unités de secours stationnaires. En 2023, ils ont démontré en Inde une petite voiture électrique ayant parcouru plus de 500 km avec des cellules aluminium-air avant de nécessiter un « ravitaillement » en aluminiumevreporter.com. Le PDG de Phinergy, David Mayer, souligne que la technologie aluminium-air est « sûre, non inflammable », nécessite aucune infrastructure de recharge lourde, et peut être rechargée (en remplaçant l’aluminium) « en quelques minutes » au lieu de plusieurs heures evreporter.com. L’inconvénient est de mettre en place toute une chaîne d’approvisionnement pour produire et recycler massivement les plaques d’aluminium. Pourtant, cette technologie est déjà commercialisée dans certains créneaux : par exemple, les unités aluminium-air de Phinergy sont utilisées comme alimentation de secours pour les tours de télécommunications (remplaçant les générateurs diesel) en Israël et en Europe evreporter.com. Les batteries aluminium-air ne remplaceront peut-être pas directement la batterie rechargeable de votre téléphone, mais elles pourraient servir de prolongateurs d’autonomie pour les véhicules électriques ou de stockage longue durée – fournissant une énorme réserve d’énergie que l’on échange périodiquement.
Batteries aluminium-soufre : Fait fascinant, certains chercheurs combinent l’aluminium et le soufre dans une seule batterie – utilisant l’aluminium comme anode et le soufre comme cathode, avec un électrolyte à base de sel fondu ou de liquide ionique. Cette approche hybride tente de tirer parti des meilleurs atouts des deux éléments : la grande capacité d’anode de l’aluminium et la grande capacité de cathode du soufre, le tout avec des matériaux incroyablement bon marché. En août 2022, une équipe dirigée par Donald Sadoway du MIT a dévoilé un nouveau modèle de batterie aluminium-soufre qui a immédiatement fait la une pour son faible coût et ses performances. Elle utilise des sels de chloro-aluminate fondus comme électrolyte, qui fonctionnent à une température modérée (environ 110 °C, similaire à une tasse de café chaud) pour maintenir le sel liquide news.mit.edu. L’électrolyte chauffé était un choix astucieux : non seulement il est ininflammable et peu coûteux, mais il empêchait la formation de dendrites – ces pointes métalliques gênantes qui peuvent provoquer des courts-circuits dans les batteries. Comme l’a dit Sadoway, le sel choisi « a essentiellement éliminé ces dendrites incontrôlables, tout en permettant une recharge très rapide » news.mit.edu. Son prototype de cellule aluminium-soufre pouvait être rechargé en moins d’une minute sans court-circuit, et a fonctionné pendant des centaines de cycles avec un coût estimé par cellule d’environ un sixième de celui des cellules lithium-ion comparables news.mit.edu. Il s’agit d’une réduction de coût énorme, confirmée par des analystes externes ; le coût des matériaux pour ces batteries pourrait être inférieur de 85 % à celui du lithium-ion selon le magazine Science news.mit.edu. L’objectif est d’utiliser ces cellules pour le stockage stationnaire (par exemple, stocker l’énergie solaire pour une utilisation nocturne) et peut-être pour le soutien à la recharge rapide des véhicules électriques. Le modèle de Sadoway est en cours de commercialisation par une start-up appelée Avanti, qui vise à augmenter l’échelle de production des cellules et à effectuer des tests de résistance dans un avenir proche news.mit.edu. Parallèlement, d’autres groupes poussent le concept aluminium-soufre plus loin : en janvier 2024, des chercheurs en Chine ont annoncé une batterie Al-S rechargeable capable de fonctionner à 85 °C (juste en dessous du point d’ébullition de l’eau, encore plus facile à maintenir) avec une excellente durée de vie – plus de 1 400 cycles avec seulement 15 % de perte de capacité, et la possibilité de recharge rapide à cette température nature.com. Abaisser la température de fonctionnement sous 100 °C signifie qu’un simple chauffage à l’eau chaude pourrait maintenir la batterie, ce qui « simplifie grandement » la gestion thermique et ouvre la voie à des applications plus larges nature.com. En résumé : Les batteries aluminium-soufre pourraient devenir une révolution pour le stockage sur réseau et peut-être certaidans les véhicules, en fournissant des batteries ultra-bon marché et résistantes au feu qui utilisent de l’aluminium abondant sur Terre (le métal le plus abondant) et du soufre (le non-métal le moins cher) news.mit.edu.

Types de batteries à base de soufre

Plusieurs technologies de batteries utilisent des cathodes au soufre associées à différentes anodes :

Batteries Lithium-Soufre (Li-S) : Le lithium-soufre est l’une des chimies « post-lithium » les plus étudiées en raison de son potentiel énergétique extrêmement élevé. Une cellule Li-S peut théoriquement stocker jusqu’à 5 fois plus d’énergie par poids qu’une cellule lithium-ion, car le soufre est très léger et chaque atome de soufre peut se lier à plusieurs atomes de lithium. En pratique, les batteries Li-S ont déjà démontré des densités énergétiques autour de 400–500 Wh/kg (environ le double de celle du Li-ion) en laboratoire businessaviation.aero, apricum-group.com. Elles sont également attrayantes car très bon marché et écologiques – le soufre ne coûte presque rien et est abondant, et les cellules Li-S ne contiennent ni cobalt ni nickel. Cependant, le talon d’Achille du Li-S a été la longévité et la stabilité. Les prototypes traditionnels Li-S souffraient de l’effet de « navette des polysulfures » : des composés intermédiaires du soufre (polysulfures) se dissolvent dans l’électrolyte lors des cycles et migrent vers l’anode de lithium, provoquant une autodécharge, de la corrosion et une perte rapide de capacité anl.gov. Elles subissent également d’importants « gonflements » (changements de volume) – le soufre se dilate et se contracte fortement lors de la charge/décharge, ce qui peut endommager la structure de la cellule reuters.com. Ces problèmes faisaient que les premières batteries Li-S mouraient après seulement quelques dizaines de cycles. La bonne nouvelle est que des percées récentes sont en train de résoudre ces problèmes. Les chercheurs ont développé des cathodes en carbone nanostructuré et des additifs d’électrolyte pour piéger les polysulfures et prolonger la durée de vie nature.com. En janvier 2023, le laboratoire national d’Argonne a démontré une cellule Li-S avec une inter-couche poreuse « redox-active » spéciale qui a presque éliminé le problème de navette, permettant à la batterie de supporter plus de 700 cycles tout en maintenant une capacité élevée anl.gov. « Les précédentes batteries [au soufre] ne faisaient que supprimer la navette mais sacrifiaient l’énergie. Notre couche ajoute de la capacité de stockage et supprime la navette », explique le chimiste d’Argonne Guiliang Xu anl.gov. Cela suggère que les batteries Li-S peuvent être à la fois très énergétiques et durables. En fait, des entreprises se précipitent désormais pour les commercialiser : Lyten, une startup californienne, a développé une cellule lithium-soufre renforcée par des matériaux propriétaires en graphène 3D et vise des marchés de niche comme les drones, l’aérospatiale et la défense en 2024–2025 <a href= »httlyten.com. Lyten affirme que ses batteries Li-S sont 40 % plus légères que les batteries lithium-ion actuelles (et 60 % plus légères que les batteries au phosphate de fer) tout en étant moins chères à grande échelle grâce à l’élimination du nickel, du cobalt et d’autres matériaux coûteux lyten.com. Une autre entreprise, Theion (Allemagne), travaille sur des cathodes en soufre cristallin et a récemment annoncé des cellules Li-S avec une densité énergétique 3× supérieure à celle du Li-ion, pour seulement un tiers du coût, et potentiellement un tiers des émissions de production reuters.com. Le PDG de Theion, Ulrich Ehmes, a déclaré que leurs batteries – qui évitent les problèmes de corrosion en utilisant une forme stable de soufre et une conception pré-étendue – pourraient équiper des véhicules électriques « avant la fin de la décennie » si le développement reste sur la bonne voie reuters.com. En résumé, les batteries lithium-soufre sont sur le point de passer du laboratoire au marché, promettant des packs ultra-légers et à haute énergie pour les applications où chaque kilogramme compte (avions électriques, véhicules électriques longue portée, espace).
Batteries Sodium-Soufre (Na-S) : Le sodium et le soufre peuvent sembler être un duo improbable (le sodium est extrêmement réactif, et les premières batteries Na-S fonctionnaient à chaud à 300°C), mais cette chimie a une longue histoire dans le stockage d’énergie pour les réseaux électriques. Les batteries Na-S à haute température sont utilisées depuis des décennies pour le stockage d’énergie à l’échelle des services publics (notamment par NGK au Japon) – elles fonctionnent avec du sodium et du soufre fondus séparés par un électrolyte céramique solide, offrant une bonne efficacité et longévité pour le stockage stationnaire. Cependant, la nécessité de les maintenir à ~300 °C a limité leur adoption à grande échelle. Récemment, il y a un engouement pour les batteries sodium-soufre à température ambiante qui pourraient offrir une alternative sûre et à faible coût pour le stockage à grande échelle. Fin 2022, une équipe de l’Université de Sydney a annoncé une « batterie à faible coût avec une capacité quatre fois supérieure à celle du lithium-ion » utilisant une nouvelle conception Na-S à température ambiante sydney.edu.au. En utilisant une électrode en carbone poreux et un simple traitement thermique (pyrolyse) pour créer une forme de soufre plus réactive, ils ont obtenu une capacité ultra-élevée et une durée de vie ultra-longue à température ambiante, surmontant les performances auparavant « lentes » du Na-S sydney.edu.au. Le chercheur principal, le Dr Shenlong Zhao, a déclaré que cette batterie sodium-soufre « a le potentiel de réduire considérablement les coûts tout en offrant une capacité de stockage quatre fois supérieure. Il s’agit d’une avancée majeure pour le développement des énergies renouvelables… » sydney.edu.au. En effet, le sodium et le soufre sont encore plus abondants et moins chers que le lithium, donc une batterie Na-S réussie pourrait être une aubaine pour le stockage d’énergie sur le réseau – permettant de grandes batteries pour les parcs éoliens/solaires à un coût minimal. Bien que les cellules Na-S ne rivalisent pas avec le Li-ion pour les besoins compacts des véhicules électriques (le sodium est plus lourd, et ces cellules sont actuellement de format plus grand), elles pourraient devenir un élément clé de l’infrastructure énergétique propre, offrant un stockage sûr et à faible coût lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas sydney.edu.au. La recherche se poursuit dans le monde entier (Chine, Australie, Europe) pour perfectionner les batteries Na-S à température ambiante en vue de leur commercialisation.
Autres batteries à base de soufre : Au-delà des batteries Li-S et Na-S, les chercheurs ont expérimenté des cathodes de soufre en combinaison avec d’autres métaux comme le magnésium ou le calcium, et même en associant le soufre à l’aluminium (comme évoqué précédemment). Ces batteries métal multivalent–soufre (où l’ion métallique porte plus d’une charge, par exemple Al³⁺ ou Mg²⁺) sont attrayantes pour les mêmes raisons que l’aluminium ou le soufre seuls – abondance et grande capacité – mais elles rencontrent une chimie encore plus complexe et en sont principalement aux premiers stades de la recherche advanced.onlinelibrary.wiley.com. Par exemple, les cellules magnésium-soufre rencontrent des problèmes de compatibilité d’électrolyte et de cinétique lente. Les batteries solides au soufre représentent une autre variante de pointe : en utilisant un électrolyte solide (souvent un sulfure ou un polymère), les scientifiques cherchent à fabriquer des cellules Li-S plus sûres (sans liquide inflammable) et à supprimer totalement la navette des polysulfures onlinelibrary.wiley.com, businessaviation.aero. La NASA développe activement une batterie lithium-soufre à électrolyte solide (projet SABERS) utilisant une cathode soufre-sélénium et un nouvel électrolyte solide, atteignant des densités d’énergie d’environ 500 Wh/kg adaptées à l’aviation électrique businessaviation.aero. L’attrait du soufre – léger, abondant, puissant – en a fait le centre de nombreux concepts de batteries futuristes.

Après avoir couvert le panorama des types de batteries à l’aluminium et au soufre, nous pouvons maintenant comparer comment ces technologies se positionnent face à la référence lithium-ion et quels avantages uniques elles offrent.

Principaux avantages par rapport au lithium-ion

Les batteries à base d’aluminium et de soufre promettent toutes deux des avantages significatifs en termes de coût, de durabilité et de performance si leur développement se poursuit avec succès. Voici les principaux bénéfices :

🌎 Matériaux abondants et peu coûteux : L’aluminium et le soufre sont bon marché et abondants pratiquement partout. L’aluminium est le métal le plus abondant dans la croûte terrestre, et le soufre est un sous-produit courant du raffinage. Cela signifie que les coûts des matériaux peuvent être considérablement réduits. Un rapport de Science a noté que les matières premières pour une batterie aluminium-soufre pourraient être 85 % moins chères que celles des batteries lithium-ion news.mit.edu. Theion (une startup de batteries au soufre) affirme également que leurs cellules coûteront seulement un tiers du prix des cellules Li-ion reuters.com. Selon Sadoway, ces batteries sont « d’origine éthique, bon marché, [et] efficaces » news.mit.edu – elles évitent les métaux coûteux souvent liés à des problèmes d’exploitation minière. Utiliser des ressources abondantes signifie aussi moins de goulets d’étranglement dans l’approvisionnement ; il n’y aura pas de pénurie de lithium ou de cobalt si les batteries aluminium-soufre se généralisent.
🔥 Sécurité améliorée (non inflammable) : De nombreuses batteries aluminium/soufre de nouvelle génération sont conçues pour être beaucoup plus sûres. Au lieu d’électrolytes organiques inflammables, elles peuvent utiliser des sels fondus inorganiques ou des électrolytes solides qui ne s’enflamment pas news.mit.edu. Les cellules aluminium-ion et aluminium-soufre démontrées par Stanford et le MIT « ne prennent pas feu, même si on les perce » ou fonctionnent à haute température news.stanford.edu, news.mit.edu. De même, les cathodes au soufre associées à des électrolytes solides ou en gel résistent mieux à l’emballement thermique que les batteries Li-ion classiques. Le système aluminium-air de Phinergy est intrinsèquement non combustible et « sûr, non inflammable » en fonctionnement evreporter.com. Une sécurité accrue protège non seulement les utilisateurs, mais simplifie aussi le transport et la fabrication (pas besoin de systèmes coûteux de refroidissement ou de suppression d’incendie dans les packs de batteries).
⚡ Densité d’énergie élevée & légèreté : Les deux chimies offrent le potentiel d’un stockage d’énergie plus élevé par poids que les batteries actuelles. Les batteries lithium-soufre, par exemple, ont atteint ~500 Wh/kg dans des prototypes businessaviation.aero – soit environ le double des meilleures Li-ion, permettant des packs de batteries beaucoup plus légers. Lyten indique que ses cellules Li-S seront jusqu’à 40 % plus légères que les packs Li-ion pour la même énergie lyten.com. Theion vise 3x la densité d’énergie du Li-ion reuters.com. Pour les véhicules électriques et les avions, cela pourrait se traduire par une plus grande autonomie ou une charge utile plus élevée pour le même poids de batterie. L’aluminium-air est hors normes en densité d’énergie (il a été utilisé pour établir un record de 1 100 miles en voiture électrique sur un seul « réservoir » aluminium-air il y a quelques années), bien qu’un ravitaillement soit nécessaire. Même les batteries aluminium-ion, bien que leur énergie théorique soit inférieure à celle du Li-S, peuvent exceller en densité de puissance – la cellule de Stanford pouvait se recharger complètement en une minute news.stanford.edu, laissant entrevoir des batteries qui se rechargent aussi vite qu’un plein d’essence. En résumé, ces technologies pourraient offrir soit beaucoup plus d’énergie (pour une utilisation de longue durée), soit des taux de décharge/recharge beaucoup plus rapides que le Li-ion, voire les deux.
🔋 Potentiel de longue durée de vie : Bien conçues, les batteries à l’aluminium et au soufre pourraient durer aussi longtemps, voire plus longtemps, que les Li-ion. Les anodes en aluminium métallique ne forment pas le même type de dendrites que le lithium (surtout avec les bons électrolytes) news.mit.edu, elles peuvent donc être très durables. La cellule Al-ion de Stanford a survécu à plus de 7 500 cycles (un ordre de grandeur supérieur au Li-ion) news.stanford.edu. Les cellules au soufre avaient historiquement une faible durée de vie, mais de nouveaux designs (intercouches, état solide, etc.) atteignent des centaines ou des milliers de cycles avec une perte minimale anl.gov, nature.com. Pour le stockage stationnaire, une batterie qui fonctionne de manière fiable chaque jour pendant plus de 10 ans est cruciale, et les développeurs de ces chimies sont particulièrement attentifs à la stabilité.
♻️ Avantages environnementaux et éthiques : Parce qu’elles utilisent des matériaux facilement disponibles, ces batteries évitent les dommages environnementaux liés à l’extraction et au traitement de métaux rares comme le cobalt, le nickel et le lithium. Il y a également une réduction de l’empreinte carbone incorporée de la batterie. Theion estime que leurs cellules de batteries au soufre n’émettront qu’un tiers du CO₂ lors de la production par rapport aux cellules Li-ion reuters.com. Le soufre est souvent un déchet industriel (des millions de tonnes sont stockées), donc l’utiliser dans les batteries revient à recycler des déchets industriels. L’aluminium est également très recyclable – une infrastructure mondiale de recyclage déjà existante pourrait être utilisée pour récupérer facilement l’aluminium des batteries usagées. Sur le plan éthique, l’utilisation du soufre et de l’aluminium permet d’éviter les problèmes de travail des enfants et de droits humains qui ont entaché l’extraction du cobalt. Tous ces facteurs signifient que les batteries de nouvelle génération pourraient être plus durables et socialement responsables tout au long de leur cycle de vie.
💡 Recharge rapide et haute puissance : Certains modèles aluminium/soufre démontrent une capacité de recharge ultra-rapide. Nous avons mentionné la recharge en 60 secondes lors de tests en laboratoire news.stanford.edu. De plus, les cellules aluminium-soufre en laboratoire ont fonctionné à des taux de charge très élevés (par exemple, une charge à 1C ou plus à température élevée avec une excellente rétention) nature.com. L’aluminium-air peut être « rechargé » instantanément en remplaçant l’aluminium. Ces caractéristiques pourraient résoudre l’une des plus grandes plaintes des consommateurs concernant les véhicules électriques et les gadgets – les temps de charge longs – et fournir également une puissance élevée à la demande (imaginez des outils électriques ou des véhicules électriques avec des batteries aluminium qui délivrent une forte puissance sans chute de tension).

Il est important de noter que tous ces avantages ne s’appliquent pas de manière égale à toutes les variantes (par exemple, l’aluminium-air offre une grande énergie mais n’est pas électriquement rechargeable ; l’aluminium-ion se recharge rapidement mais a une tension plus faible ; le Li-S est très léger mais a actuellement une durée de vie modérée). Cependant, la promesse globale des batteries aluminium et soufre est que nous pouvons réduire considérablement les coûts et la dépendance aux matériaux rares tout en offrant des performances égales ou supérieures dans des domaines clés comme la sécurité, l’énergie et la puissance.

Défis et obstacles techniques

Si les batteries aluminium et soufre sont si prometteuses, pourquoi ne sont-elles pas encore partout ? En réalité, ces technologies font face à des défis importants que les chercheurs et ingénieurs s’efforcent encore de surmonter :

Navette de polysulfures et dégradation de la cathode (problèmes liés au soufre) : Dans les batteries lithium-soufre et autres batteries à cathode de soufre, le célèbre problème de navette de polysulfures a longtemps été un obstacle majeur. Au fil des cycles, le soufre passe par des stades intermédiaires qui peuvent se dissoudre dans l’électrolyte et migrer vers l’anode, provoquant une autodécharge, une perte de matériau actif et même des réactions dommageables avec l’anode anl.gov. Cela conduit à une perte rapide de capacité. De plus, les cathodes de soufre ont tendance à gonfler et se contracter de manière significative (jusqu’à ~80 % de variation de volume) lorsqu’elles se transforment en sulfure de lithium puis reviennent à l’état initial reuters.com. Cette « respiration » peut pulvériser la cathode au fil du temps ou la délaminer des collecteurs de courant. Bien que de nouvelles stratégies (comme l’ajout d’intercouches protectrices anl.gov, l’utilisation d’hôtes en carbone nanostructuré ou d’électrolytes solides) aient permis d’atténuer ces problèmes, garantir qu’une batterie au soufre puisse durer des centaines de cycles dans des conditions réelles reste un défi majeur.
Dendrites et problèmes de dépôt (anodes métalliques) : Les anodes en aluminium métallique, comme d’autres anodes métalliques, peuvent former des dendrites (fins filaments conducteurs) lors de la recharge, ce qui risque de provoquer un court-circuit de la cellule. En fait, une des principales raisons pour lesquelles les batteries à aluminium ont longtemps échoué est que personne n’a pu obtenir un dépôt/retrait d’aluminium fiable et répétable – il se formait souvent un dépôt « mousseux » ou l’anode se désactivait en formant une couche d’oxyde en surface. Les électrolytes à base de liquide ionique et de sels fondus ont grandement contribué à « dompter » ce problème (une équipe a même rapporté que leur batterie Al à sel fondu « n’a jamais perdu de cellules à cause d’un court-circuit par dendrite » lors de tests de charge rapide news.mit.edu). Mais si un électrolyte plus conventionnel était utilisé, les dendrites ou les réactions secondaires avec la couche d’oxyde de l’aluminium pourraient poser problème. De même, si le lithium métallique est utilisé comme anode dans les batteries au soufre (ce qui est courant dans les conceptions Li-S), des dendrites de lithium et des problèmes de sécurité apparaissent, surtout en présence d’électrolytes liquides. Les chercheurs associent souvent Li-S à des membranes protectrices ou à des conceptions à électrolyte solide pour empêcher la formation de dendrites de lithium.
Basse tension de fonctionnement et efficacité énergétique (Ion Aluminium) : Les batteries à ions aluminium, en particulier celles utilisant l’intercalation (par exemple, cathodes en graphite), ont généralement une tension de cellule inférieure à celle des batteries Li-ion. La célèbre cellule à ions aluminium de Stanford produisait environ 2,0 volts news.stanford.edu, alors qu’une cellule lithium-ion est d’environ 3,7 V nominale. Cela est en partie dû à la chimie de l’intercalation de Al³⁺ et aux contraintes de l’électrolyte. Une tension plus basse signifie qu’il faut plus de cellules en série (ce qui ajoute de la complexité et une certaine perte d’énergie) pour atteindre la tension souhaitée du pack batterie. Il y a aussi la question des ions multivalents comme Al³⁺ qui ont une cinétique lente dans les solides – déplacer un ion chargé +3 est plus difficile qu’un ion +1 comme Li⁺, donc atteindre une puissance élevée peut être difficile à moins d’augmenter la température ou d’utiliser des électrolytes spéciaux nature.com. Certaines batteries Al ne fonctionnent bien qu’à des températures élevées (60–100 °C), ce qui pourrait compliquer leur utilisation dans l’électronique grand public (personne ne veut une batterie constamment chaude dans son téléphone !). La bonne nouvelle : des innovations dans les électrolytes (comme l’ajout de certains sels ou l’utilisation de nouveaux mélanges) améliorent la conductivité des ions aluminium à des températures plus basses nature.com.
Exigences de température : Comme mentionné, plusieurs conceptions à base d’aluminium et de sodium utilisent des électrolytes à sels fondus qui doivent être maintenus au chaud. Par exemple, la batterie aluminium-soufre du MIT fonctionne de manière optimale à environ 110 °C news.mit.edu, et même la variante améliorée fonctionne à 85 °C nature.com. Bien que cela ne soit pas extrêmement chaud selon les normes industrielles, cela signifie qu’un pack batterie aurait besoin d’isolation et peut-être d’un petit chauffage pour rester dans la bonne plage. Cela convient pour le stockage stationnaire (où une batterie de la taille d’un réfrigérateur peut avoir une gestion thermique), mais c’est un défi pour les applications portables et les véhicules électriques à moins que la chaleur puisse être auto-entretenue (la cellule de Sadoway s’auto-chauffe en cours de cycle pour maintenir la température news.mit.edu). Le fonctionnement à haute température exige également une étanchéité robuste et des considérations de sécurité (bien que l’avantage soit l’absence de risque d’incendie). Les chercheurs travaillent à abaisser les températures de fonctionnement et explorent même des chimies à température ambiante pour les systèmes à base d’Al et de Na nature.com.
Infrastructure de recharge et « ravitaillement » (Al-Air) : Ce qui est unique aux systèmes à air-aluminium (et similaires) est qu’ils ne sont pas rechargeables en les branchant à un chargeur. Il faut remplacer ou recycler l’anode en aluminium une fois qu’elle est épuisée. Cela nécessite la création d’une infrastructure complète pour échanger les plaques ou cartouches d’aluminium, collecter celles usagées et recycler l’aluminium (probablement via un procédé de fusion alimenté par électricité, ce qui « recharge » effectivement l’aluminium). Indian Oil et Phinergy travaillent activement sur cet écosystème evreporter.com, mais c’est un paradigme différent des stations-service ou bornes de recharge. Sans soutien généralisé, l’air-aluminium pourrait rester marginal. De plus, le sous-produit de l’air-aluminium (hydroxyde d’aluminium) doit être géré – bien qu’il puisse être recyclé en nouvel aluminium ou en d’autres produits.
Montée en échelle de la fabrication et intégration : La technologie lithium-ion a 30 ans d’avance avec une production à grande échelle, des chaînes d’approvisionnement optimisées et une main-d’œuvre bien formée. Toute nouvelle chimie de batterie doit franchir l’obstacle du passage de l’échelle laboratoire ou pilote à l’échelle gigafactory. Les batteries aluminium et soufre peuvent nécessiter de nouveaux procédés de fabrication (par exemple, la gestion de liquides ioniques sensibles à l’humidité ou d’électrolytes solides, ou de nouveaux designs de cellules comme les électrodes empilées de Theion). Passer à l’échelle sans défauts et à faible coût n’est pas trivial. Il y a aussi la question de l’intégration – ces nouvelles batteries peuvent-elles être intégrées dans les appareils ou véhicules existants, ou nécessitent-elles de nouveaux designs ? Des profils de tension, formats ou conditions de fonctionnement différents pourraient impliquer de repenser tout, des systèmes de gestion de batterie à la conception du châssis des voitures. Ces coûts et incertitudes de transition peuvent ralentir l’adoption.
Statut actuel (préparation technologique) : Bien que 2024 et 2025 aient vu de grandes avancées (que nous mettrons en avant ensuite), de nombreuses technologies de batteries aluminium et soufre en sont encore au stade de prototype ou de début de commercialisation. Aucune n’a encore connu le déploiement massif dont bénéficie le lithium-ion. Par exemple, les cellules lithium-soufre n’entrent que maintenant sur des marchés limités comme les drones et satellites, où leur courte durée de vie peut être tolérée ou compensée. L’aluminium-soufre et l’aluminium-ion en sont au stade de démonstrateur et de montée en échelle ; aucune voiture électrique ou réseau n’en utilise encore un grand en service complet. Cela signifie qu’il existe toujours un risque de problèmes imprévus lors de l’utilisation réelle (pensez aux incidents de emballement thermique des débuts du Li-ion). Il faudra du temps, des investissements et probablement plusieurs itérations avant que ces technologies soient aussi fiables que l’existant. À noter pour les sceptiques : le lithium-ion s’améliore chaque année aussi – avec de nouvelles chimies comme le lithium-fer-phosphate (LFP) et le lithium-métal à électrolyte solide à l’horizon – donc les batteries aluminium et soufre doivent non seulement fonctionner, mais aussi rivaliser avec un concurrent en constante amélioration.

En résumé, les batteries à l’aluminium et au soufre offrent un immense potentiel mais présentent aussi des défis uniques. Les chercheurs reconnaissent ouvertement que des efforts supplémentaires sont nécessaires ; comme l’a écrit une équipe en 2022, malgré les progrès, « Les batteries Al–S ont historiquement souffert d’une faible capacité de charge rapide et d’une stabilité de cyclage limitée », ce qui nécessite une innovation continue dans les électrolytes et les électrodes nature.com. Surmonter ces défis est précisément ce sur quoi de nombreux laboratoires et startups se concentrent actuellement.

Qui mène la charge ? Les principaux acteurs du développement

Ce domaine passionnant réunit un mélange de laboratoires universitaires, startups et géants industriels qui repoussent les limites. Voici quelques acteurs notables et ce qu’ils entreprennent :

Massachusetts Institute of Technology (MIT) & Avanti : Le MIT est un haut lieu de la recherche innovante sur les batteries. Le groupe du professeur Donald Sadoway au MIT a été à l’origine du concept de batterie aluminium-soufre. Après avoir publié des résultats révolutionnaires dans Nature en 2022, Sadoway a cofondé Avanti pour commercialiser la technologie news.mit.edu. L’objectif d’Avanti est de passer à la production à grande échelle de cellules aluminium-soufre pour le stockage stationnaire et au-delà. Sadoway est également connu pour avoir cofondé Ambri, une entreprise qui commercialise des batteries à métal liquide (utilisant d’autres chimies comme le calcium et l’antimoine). Ambri vise le stockage à l’échelle du réseau et aurait commencé à déployer des systèmes en 2024 youtube.com. Entre Ambri et Avanti, les innovations de Sadoway pourraient couvrir aussi bien les grandes batteries pour les services publics que les batteries de plus petite taille pour les bâtiments ou les stations de recharge pour véhicules électriques news.mit.edu. L’influence du MIT ne s’arrête pas là : ses chercheurs explorent également les batteries lithium-soufre dans divers projets, et l’institut collabore fréquemment avec des laboratoires nationaux et des entreprises sur des technologies de batteries de pointe.
Université de Stanford & SLAC : Stanford a fait sensation très tôt dans le domaine des batteries à ions aluminium (le prototype Al-ion à charge rapide de 2015 news.stanford.edu). Ce travail, dirigé par le Prof. Hongjie Dai, a montré qu’une simple cathode en graphite pouvait permettre une batterie aluminium rechargeable. Stanford poursuit ses recherches sur les batteries ; par exemple, le SLAC (Stanford Linear Accelerator Lab) a étudié de nouvelles cathodes pour batteries aluminium comme les sulfures métalliques nature.com, et a examiné la chimie interfaciale pour améliorer les cycles de charge. Bien que la découverte de Stanford en 2015 ne se soit pas encore transformée en produit commercial, elle a démontré la faisabilité et a été citée par de nombreuses études ultérieures. Elle a également souligné l’éthique de la recherche ouverte de Stanford menant à l’adoption par l’industrie (certains anciens de Stanford dans le domaine des batteries ont rejoint des startups ou en ont fondé dans l’écosystème des startups de batteries de la Bay Area).
Graphene Manufacturing Group (GMG) & Université du Queensland : En Australie, GMG (en collaboration avec l’Université du Queensland) développe une batterie aluminium-ion au graphène. Ils ont rapporté des performances impressionnantes sur des prototypes de type « coin-cell » – avec une charge extrêmement rapide et une longue durée de vie – utilisant le graphène (une forme de carbone) comme matériau de cathode dans une configuration aluminium-ion batteriesnews.com. GMG vise à adapter leur technologie à des cellules « pouch » adaptées à l’électronique grand public ou aux véhicules électriques, et fin 2022, ils disposaient d’un programme de développement et d’une ligne de production pilote en cours de réalisation graphenemg.com. Leur approche met en avant la synergie des nano-matériaux (graphène) avec de nouvelles chimies comme l’aluminium-ion pour obtenir de meilleurs résultats.
Phinergy et Indian Oil (IOC) : Phinergy est une startup israélienne qui est pionnière dans les batteries aluminium-air depuis plus de dix ans. Ils ont fait sensation en alimentant une voiture de démonstration sur 1 100 miles grâce à l’aluminium-air en 2014, et se sont depuis concentrés sur des produits réels pour l’alimentation de secours et l’extension d’autonomie des véhicules électriques. Phinergy s’est associée à Indian Oil Corporation pour former une coentreprise (IOC Phinergy) qui apporte la technologie aluminium-air au marché indien – un marché potentiellement énorme pour un pays désireux de trouver des alternatives au pétrole et de valoriser son industrie de l’aluminium. Début 2023, IOC Phinergy a présenté le premier véhicule indien alimenté par aluminium-air et mettait en place des infrastructures pour la fabrication et le recyclage des plaques alcircle.com. Le gouvernement indien a également manifesté son intérêt, car l’aluminium-air pourrait réduire la dépendance au lithium importé. La technologie de Phinergy est déjà utilisée commercialement pour l’alimentation de secours des tours de télécommunications (remplaçant les générateurs diesel par des systèmes aluminium-air sans émissions) evreporter.com, et ils travaillent avec des constructeurs automobiles comme Mahindra pour l’intégration dans les véhicules (par exemple, des flottes d’essai de rickshaws et bus électriques utilisant l’aluminium-air pour une autonomie étendue) evreporter.com. Les avancées de Phinergy sont cruciales car il s’agit de l’un des premiers à sortir une batterie à base d’aluminium du laboratoire pour la déployer sur le terrain.
Lyten : Lyten est une startup de la Silicon Valley (basée à San Jose, Californie) qui est restée en mode furtif pendant plusieurs années pour développer une batterie lithium-soufre améliorée avec un matériau propriétaire de graphène 3D. Elle est récemment sortie de l’ombre avec une grande annonce : en octobre 2024, Lyten a annoncé son intention de construire la première gigafactory de batteries lithium-soufre au monde dans le Nevada, avec un investissement de plus d’un milliard de dollars lyten.com l. L’usine devrait produire 10 GWh de batteries Li-S par an d’ici 2027 lyten.com. Cette décision audacieuse montre la confiance de l’entreprise dans la maturité de sa technologie pour une production de masse. Les premiers marchés cibles de Lyten ne sont pas les véhicules électriques particuliers, mais la micromobilité, l’aérospatiale, les drones et la défense en 2024–2025 lyten.com – des domaines où la haute densité énergétique du Li-S offre un avantage décisif et où une durée de vie légèrement inférieure peut être acceptable. L’entreprise met en avant la légèreté et l’absence de minerais de conflit de ses batteries, et en effet, leurs cellules utilisent des anodes en lithium métal et des cathodes composites soufre-carbone, évitant le nickel, le cobalt, etc. lyten.com. Le PDG de Lyten, Dan Cook, a déclaré « Le lithium-soufre est un bond en avant dans la technologie des batteries, offrant une batterie à haute densité énergétique, légère, fabriquée avec des matériaux locaux abondamment disponibles » lyten.com. Ils ont même fabriqué en interne des cellules pilotes depuis 2023 pour tester et affiner le processus de production lyten.com. Si la gigafactory de Lyten réussit, cela pourrait être un game-changer – les premières batteries Li-S commerciales produites à grande échelle, potentiellement pour une utilisation dans la prochaine génération d’avions électriques ou de camions électriques longue distance où chaque kilo compte.
Theion : Theion est une startup basée à Berlin, en Allemagne, spécialisée dans les batteries lithium-soufre avec une particularité : elle utilise du soufre cristallin et des électrodes spéciales pour améliorer la stabilité. En mars 2025, Theion a levé 15 millions d’euros lors d’un tour de financement de série A afin d’augmenter la production de ses cellules de batterie reuters.com. Theion affirme que ses cellules peuvent tripler la densité énergétique du lithium-ion tout en réduisant les coûts à un tiers, comme mentionné précédemment reuters.com. Ils auraient résolu des problèmes clés en pré-expansant la cathode pour accommoder l’expansion du soufre et en maintenant le soufre sous forme cristalline, moins réactive avec les électrolytes reuters.com. Le PDG Ulrich Ehmes a déclaré que leur technologie pourrait être utilisée dans les VE, les « taxis volants » ou le stockage d’énergie, et potentiellement équiper des voitures d’ici la fin des années 2020 reuters.com. L’approche de Theion suscite l’intérêt car elle ne dépend pas de matériaux exotiques – ils mettent en avant que leurs batteries « respirent » moins et ne se corrodent pas comme les anciennes Li-S. Le financement les aidera à développer des cellules pouch de plus grande taille et à dépasser le stade des prototypes de type « coin-cell » reuters.com. L’intérêt de l’Allemagne pour les batteries au soufre s’aligne également avec la volonté de l’Europe de disposer de technologies de batteries locales et durables.
Argonne National Laboratory & U.S. DOE : Dans le domaine de la recherche publique, Argonne (ainsi que d’autres laboratoires du Département de l’Énergie américain comme Oak Ridge et Pacific Northwest) mène activement des recherches sur les batteries au soufre. Nous avons évoqué la réussite d’Argonne dans la conception d’intercouches pour les cellules Li-S anl.gov. Ils explorent également les batteries au soufre à l’état solide en partenariat avec la NASA pour l’aviation. Le Vehicle Technologies Office du DOE a financé de nombreux projets sur les Li-S, Mg-S, et même Li-Air et Al-Air, reconnaissant l’importance stratégique des chimies de nouvelle génération. Les laboratoires nationaux collaborent souvent avec des universités (par exemple, Argonne a travaillé avec une équipe incluant l’Université de l’Illinois sur les intercouches au soufre) et partagent des résultats sur lesquels les startups peuvent s’appuyer. Par exemple, une grande partie de la compréhension du comportement des polysulfures et de la caractérisation avancée (en utilisant des outils comme l’Advanced Photon Source d’Argonne pour l’analyse par rayons X des batteries anl.gov) provient de ces laboratoires.
Autres faits notables : Des universités comme l’Université Monash (Australie) ont fait la une en 2020 avec une batterie Li-S qui pourrait soi-disant alimenter un smartphone pendant cinq jours et montrait une excellente stabilité grâce à un nouveau liant et une conception d’électrode advancedsciencenews.com. Monash a depuis travaillé également sur des Li-S à charge rapide, visant des applications dans l’aviation électrique monash.edu. Au Royaume-Uni, l’ancienne Oxis Energy était un pionnier du Li-S ; avant sa fermeture en 2021, Oxis avait développé des cellules Li-S approchant les 400 Wh/kg et collaborait avec des fabricants d’avions. Sa propriété intellectuelle a été acquise par d’autres entités, pouvant inspirer de nouveaux projets. Le monde académique et industriel chinois est extrêmement actif – des institutions comme l’Académie chinoise des sciences, l’Université de technologie de Wuhan (qui a co-écrit l’article de Sadoway sur l’Al-S news.mit.edu), et des entreprises comme CATL explorent les chimies au soufre et à l’aluminium, bien que les détails soient parfois gardés secrets. Même le Battery Day de Tesla en 2020 a laissé entrevoir un intérêt pour le soufre (Elon Musk a plaisanté sur le fait que Tesla faisait des recherches sur le “lithium et le soufre” sans plus de détails, peut-être pour des projets à long terme). Enfin, la NASA et Boeing s’intéressent au Li-S pour l’aviation : le projet SABERS de la NASA a développé une batterie au soufre multicouche atteignant 500 Wh/kg, ce qui pourrait permettre des avions électriques ou des drones avancés businessaviation.aero.

Il est clair qu’un écosystème mondial d’innovateurs fait avancer les batteries à l’aluminium et au soufre – des startups audacieuses aux grands laboratoires nationaux. Les prochaines années (2025–2030) verront probablement certains de ces efforts aboutir à de vrais produits et à des déploiements pilotes.

Percées et innovations récentes (2024–2025)

La période de 2024 à 2025 a été particulièrement passionnante pour les développements des batteries à l’aluminium et au soufre, avec plusieurs percées notables :

Jan 2024 – Aluminium-Soufre à 85 °C (Nature Communications) : Des chercheurs ont démontré une nouvelle batterie aluminium-soufre qui fonctionne à 85 °C avec un électrolyte de sel fondu quaternaire, publié dans Nature Communications nature.com. Cette batterie a montré une capacité de charge rapide et une longévité surprenante : elle a conservé 85,4 % de sa capacité après 1 400 cycles à un taux de charge de 1C nature.com. Il est important de noter que 85 °C représente une grande amélioration par rapport aux anciennes batteries à sel fondu qui nécessitaient 110–180 °C nature.com. L’équipe a obtenu ce résultat en formulant un mélange spécial de sels (chloroaluminates alcalins) à bas point de fusion, ce qui a également facilité le déplacement rapide des ions aluminium nature.com. Ils ont également utilisé une cathode en carbone poreux dopé à l’azote qui a permis aux réactions du soufre de se dérouler rapidement nature.com. Ce résultat est significatif car il ouvre la voie à des batteries de réseau pratiques et à faible coût qui pourraient fonctionner avec un chauffage simple (même simplement de l’eau chaude comme source de chaleur, comme le notent les auteurs nature.com) et offrir une charge rapide sans dégradation. C’est une étape vers la création d’un concept de batterie Al-S du MIT plus convivial et mobile.
Oct 2024 – Lyten annonce une gigafactory Li-S : L’annonce par Lyten d’une gigafactory de batteries lithium-soufre dans le Nevada a fait la une de l’industrie à la fin de 2024 lyten.com. Il s’agira de la première gigafactory au monde dédiée aux cellules Li-S, visant une production de 10 GWh/an d’ici 2027 lyten.com. Encore plus marquant, Lyten a déclaré que ses batteries Li-S entrent déjà sur certains marchés en 2024 et 2025 – en particulier, ils ont des clients dans la micromobilité (vélos électriques, trottinettes), l’aérospatiale (peut-être satellites ou drones de haute altitude), les drones et les applications de défense utilisant leurs batteries lyten.com. Cela suggère que Lyten est passé des prototypes de laboratoire à la production pilote et à l’utilisation réelle sur le terrain dans ces niches. La décision de construire une grande usine indique une confiance dans la montée en échelle de la technologie et la matérialisation de la demande. C’est aussi un signal fort à l’industrie des batteries et aux investisseurs que le lithium-soufre est proche d’être prêt pour une adoption massive. Nous pourrions bientôt voir des produits arborant la mention « Batterie Li-S à l’intérieur », du moins dans des applications haut de gamme ou spécialisées, à la suite de cela.
Mars 2025 – Theion lève des fonds, annonce une énergie 3× supérieure : En mars 2025, Reuters a rapporté que Theion avait levé 15 millions d’euros pour développer sa batterie au soufre, qui « stocke plus d’énergie mais coûte bien moins cher que les batteries lithium-ion conventionnelles. » reuters.com Theion a révélé publiquement une partie de sa stratégie technique, affirmant que leurs cellules ont une densité énergétique trois fois supérieure à celle du Li-ion, pour un tiers du coût et un tiers des émissions de CO₂, comme mentionné précédemment reuters.com. Ils ont répondu aux principales préoccupations en déclarant qu’ils évitent la corrosion rapide en utilisant du soufre cristallin et gèrent l’expansion en pré-expansant la structure de la cathode reuters.com. Ce financement les aidera à passer des cellules bouton aux cellules pouch de plus grande taille (adaptées aux véhicules électriques ou aux avions) reuters.com. Ce développement rappelle que non pas une seule mais plusieurs startups (Lyten, Theion, d’autres) franchissent des étapes importantes et attirent des investissements, augmentant ainsi les chances qu’au moins l’une d’entre elles réussisse commercialement. Cela rappelle un peu les débuts du lithium-ion, où plusieurs entreprises et pays étaient en compétition – ici, des acteurs américains et européens font avancer les batteries au soufre en même temps.
2023 – 2024 – Résoudre l’énigme du cycle de vie du soufre : Tout au long de 2023 et jusqu’en 2024, plusieurs groupes de recherche ont publié des avancées pour prolonger la durée de vie des batteries au soufre. L’un des points forts fut l’étude dirigée par Argonne (publiée en août 2022 dans Nature Communications) démontrant qu’une intercouche redox-active peut améliorer de façon spectaculaire la stabilité des batteries Li-S anl.gov. Début 2023, ils ont rapporté que cette approche permet d’obtenir des cellules qui conservent une capacité élevée sur des centaines de cycles anl.gov, rapprochant ainsi les Li-S de la viabilité pour un usage quotidien. Mi-2024, une autre équipe a présenté une batterie Li-S pliable et flexible utilisant une cathode spéciale en sulfure de fer, capable de résister même à une coupure sans défaillir acs.org – une solution innovante pour l’électronique portable ou flexible utilisant le Li-S. Ces innovations progressives sont importantes : elles s’attaquent aux problèmes concrets (comme la gestion des polysulfures, les contraintes mécaniques, etc.) un par un. Chaque amélioration rapproche les cellules Li-S des exigences rigoureuses de l’électronique et des véhicules commerciaux.
2024 – Essor de la R&D sur les batteries aluminium : Du côté de l’aluminium, la fin 2024 a également vu des recherches intéressantes. Les scientifiques ont exploré de nouveaux matériaux de cathode pour les batteries à ions aluminium, comme le sulfure de cobalt, afin d’obtenir une capacité plus élevée et une meilleure compréhension des mécanismes de stockage de charge nature.com. Un nombre croissant de travaux portent sur les batteries « multivalentes » (incluant Al, Mg, Zn) qui partagent souvent défis et percées – par exemple, des électrolytes améliorés qui aident un système peuvent parfois être appliqués à un autre advanced.onlinelibrary.wiley.com. On voit aussi des pays comme l’Inde investir dans la technologie des batteries aluminium, non seulement via l’aluminium-air de Phinergy mais aussi dans la recherche académique pour créer une batterie aluminium rechargeable adaptée aux conditions indiennes (avec le financement de projets par le gouvernement dans le cadre de sa mission nationale de stockage d’énergie). Bien que ces initiatives n’aient pas encore fait la une mondiale, elles contribuent à une dynamique qui se construit autour des batteries aluminium à l’échelle mondiale.
Signaux politiques et de marché : Les percées ne sont pas seulement techniques. En 2024–2025, nous observons de forts signaux du marché soutenant ces nouvelles batteries. L’Inflation Reduction Act (IRA) du gouvernement américain et d’autres politiques encouragent les chaînes d’approvisionnement nationales de batteries – ce qui profite aux chimies pouvant être produites avec des matériaux d’origine locale comme le soufre (les États-Unis produisent beaucoup de soufre issu du raffinage du pétrole) et l’aluminium. La gigafactory de Lyten au Nevada et l’intérêt du Département de la Défense américain pour les batteries Li-S légères pour les soldats ou les satellites sont des résultats de ces incitations lyten.com. En Europe, l’accent mis sur la durabilité rend une batterie sans cobalt ni nickel très attrayante, d’où le financement de l’UE pour des projets comme Theion et d’autres. Même en Chine, où la fabrication de batteries lithium-ion domine, il existe des programmes soutenus par l’État pour les batteries « nouvelle génération » (par exemple, CATL travaillerait sur une batterie hybride sodium-ion + soufre pour un lancement autour de 2023/24 dans le stockage stationnaire). Toutes ces tendances indiquent que le moment est venu pour les batteries à l’aluminium et au soufre – le monde cherche des solutions, et la technologie rattrape ces besoins.

En somme, ces deux dernières années ont transformé les batteries à l’aluminium et au soufre d’une curiosité de laboratoire de niche en sérieux prétendants pour l’avenir du stockage d’énergie. Comme l’a justement dit un scientifique, « Nous sommes un pas plus près de voir cette technologie dans notre vie quotidienne. » anl.gov Ce progrès pas à pas est exactement ce qui se passe actuellement, et la prochaine étape sera une commercialisation plus large et une montée en échelle de ces innovations.

Applications potentielles et impact sur l’énergie propre et les véhicules électriques

L’essor des batteries à l’aluminium et au soufre pourrait impacter un large éventail de secteurs. Voici quelques-unes des applications les plus prometteuses et leurs implications :

🏠 Stockage d’énergie renouvelable (réseau et domicile) : L’impact le plus important à court terme sera peut-être dans le stockage d’énergie stationnaire pour l’énergie propre. L’un des grands défis de l’énergie renouvelable (solaire, éolienne) est l’intermittence – le soleil et le vent ne sont pas disponibles 24h/24, 7j/7, donc nous avons besoin de batteries massives et économiques pour stocker l’énergie lorsqu’ils ne produisent pas. Les batteries lithium-ion ont commencé à être utilisées pour le stockage sur le réseau, mais elles restent relativement coûteuses et dépendent de matériaux importés. Les batteries aluminium-soufre et sodium-soufre, avec leurs composants extrêmement bon marché, pourraient réduire drastiquement le coût de stockage d’un kilowattheure. Sadoway du MIT a spécifiquement ciblé l’échelle domestique et de quartier avec sa batterie Al-S – « la taille nécessaire pour alimenter une seule maison ou une petite à moyenne entreprise » (de l’ordre de dizaines de kWh) news.mit.edu. De telles batteries permettraient aux propriétaires équipés de panneaux solaires de stocker l’énergie produite le jour pour l’utiliser la nuit à moindre coût, ou aux petites entreprises de disposer d’une alimentation de secours sans générateur diesel. À plus grande échelle, les compagnies d’électricité pourraient déployer d’immenses banques de batteries à base d’aluminium ou de sodium-soufre pour lisser la production renouvelable. L’équipe de l’Université de Sydney a noté que leur batterie Na-S à faible coût pourrait « réduire significativement le coût de la transition vers une économie décarbonée » en fournissant un stockage abordable sydney.edu.au. Dans les endroits dépourvus de géographie adaptée au stockage hydraulique par pompage, ces solutions électrochimiques sont essentielles. De plus, puisque ces nouvelles batteries sont ininflammables (important pour la sécurité des communautés) et utilisent des matériaux abondants, elles peuvent être produites et installées localement dans de nombreuses régions – renforçant ainsi la sécurité énergétique. Globalement, le déploiement généralisé de batteries stationnaires aluminium/soufre permettrait une plus grande pénétration des énergies renouvelables, réduirait le délestage (énergie solaire/éolienne gaspillée faute de stockage) et aiderait à stabiliser le réseau avec une énergie propre et pilotable.
🚗 Véhicules électriques (VE) : Des batteries plus légères et à plus haute densité énergétique sont le saint graal pour les VE et même l’aviation électrique. Les batteries lithium-soufre sont particulièrement attractives ici. Un pack Li-S pourrait augmenter considérablement l’autonomie d’un VE sans ajouter de poids – ou, inversement, permettre la même autonomie avec une batterie beaucoup plus légère, améliorant ainsi l’efficacité. Par exemple, si un VE a aujourd’hui besoin d’une batterie Li-ion de 600 kg pour 300 miles d’autonomie, une batterie Li-S avec une densité énergétique 2× supérieure pourrait atteindre cela avec ~300 kg, réduisant significativement le poids du véhicule. Cela améliore l’accélération, la maniabilité, et réduit l’énergie consommée par mile. Cela pourrait aussi rendre les camions et bus électriques plus viables en libérant du poids pour la charge utile. Des entreprises comme Oxis Energy (avant sa fermeture) et Sion Power ont travaillé avec des partenaires de l’aérospatiale et de l’automobile sur des prototypes de packs Li-S pour avions longue distance et VE. En fait, les premières cellules Li-S de Sion Power ont alimenté un pseudo-satellite à haute altitude (un avion solaire sans pilote) qui a battu des records de durée de vol dans les années 2010. Plus récemment, la NASA et Airbus ont étudié le Li-S comme l’un des seuls moyens d’atteindre les 500 Wh/kg nécessaires pour des avions de ligne électriques pratiques businessaviation.aero – le succès de leur projet SABERS laisse entrevoir l’arrivée d’avions régionaux électriques utilisant des batteries au soufre. Les taxis volants électriques et les drones en bénéficieraient également ; Theion a explicitement mentionné les véhicules volants comme cible reuters.com. Au-delà du Li-S, même les batteries aluminium-air ont un rôle à jouer dans les VE : elles pourraient servir de module d’extension d’autonomie que l’on active pour les longs trajets. Imaginez un VE avec une petite batterie Li-ion pour les trajets quotidiens et une “batterie auxiliaire” aluminium-air que l’on recharge (en remplaçant l’aluminium) uniquement lors d’un voyage de 1 000 km. De telles architectures hybrides de batteries sont envisagées dans des projets d’Indian Oil/Phinergy et d’autres. Il faut noter que les VE grand public ne passeront pas à une toute nouvelle chimie du jour au lendemain – la sécurité, la longévité et la recharge rapide doivent être prouvées – mais à la fin des années 2020, il est plausible que des modèles haut de gamme ou des véhicules spécialisés soient équipés de batteries de nouvelle génération. Si cela arrive, cela pourrait porter les performances des VE à de nouveaux sommets (autonomies de 800+ km, recharges très rapides, voitures plus légères) et réduire la dépendance aux minéraux critiques, permettant ainsi une adoption des VE à plus grande échelle sans goulots d’étranglement sur les ressources.
📱 Électronique portable et objets connectés : Votre futur smartphone ou ordinateur portable pourrait également bénéficier de batteries au soufre ou à l’aluminium, bien que ces applications exigent une longue durée de vie en cycles et une faible autodécharge (des domaines où le Li-ion excelle actuellement). Une batterie lithium-soufre pourrait permettre à votre téléphone de fonctionner pendant plusieurs jours entre deux charges – rappelez-vous le concept de l’Université Monash d’un téléphone tenant 5 jours sur une batterie Li-S advancedsciencenews.com. Le gain de poids est moins crucial pour un téléphone, mais la densité énergétique l’est. Un défi ici est que les gadgets grand public attendent des centaines de cycles et des années de durée de vie ; le Li-S devra donc être encore perfectionné pour répondre à ces exigences. Cependant, nous pourrions voir des gadgets de niche ou des objets connectés les adopter s’ils offrent des avantages en termes de format. Les batteries à l’aluminium, en particulier les modèles flexibles comme ceux de Stanford, pourraient permettre des gadgets pliables ou enroulables. Par exemple, une batterie aluminium-ion flexible pourrait être intégrée dans le bracelet d’une montre connectée ou dans des vêtements intelligents. De plus, comme l’Al-ion peut être très sûr (aucun risque d’incendie), elles pourraient être intégrées dans des appareils sans boîtiers de protection encombrants, permettant peut-être des designs industriels plus créatifs. Tout cela reste spéculatif, mais à mesure que la fabrication s’améliore, l’électronique grand public pourrait devenir un marché important (ce fut le cas pour la croissance initiale du lithium-ion dans les années 1990).
⚡ Infrastructures de recharge rapide : Une application moins évidente mais importante consiste à utiliser ces nouvelles batteries pour faciliter la recharge rapide des VE et stabiliser le réseau. Comme l’a souligné le professeur Sadoway, si de nombreux VE essaient de se recharger en même temps (comme plusieurs voitures à une aire d’autoroute), la demande en puissance dépasse ce que le réseau électrique peut facilement fournir news.mit.edu. Plutôt que de moderniser les lignes électriques, installer un tampon de batteries dans les stations de recharge est plus intelligent – la batterie se charge lentement depuis le réseau puis délivre rapidement l’énergie aux voitures quand c’est nécessaire. Pour ces batteries tampons, le coût et la sécurité sont primordiaux, et le poids est moins un problème. Cela fait des batteries aluminium-soufre ou sodium-soufre des candidates idéales. Elles restent sur place, stockent l’énergie à moindre coût, ne prennent pas feu et peuvent libérer la charge rapidement. Sadoway a spécifiquement mentionné que les systèmes Al-S pourraient « éliminer le besoin d’installer de nouvelles lignes électriques coûteuses » pour des grappes de bornes de recharge rapide news.mit.edu. Essentiellement, ces batteries peuvent agir comme amortisseurs pour le réseau électrique, absorbant l’énergie excédentaire et la restituant à la demande, que ce soit pour les pics de recharge des VE ou pour équilibrer les fluctuations de la production renouvelable.
🏭 Secours industriel et commercial : Tout comme les tours de télécommunications utilisent l’aluminium-air pour l’alimentation de secours, d’autres industries et installations commerciales pourraient utiliser des batteries à base d’aluminium ou de soufre pour garantir la fiabilité et réduire la dépendance aux groupes électrogènes diesel. Les centres de données, par exemple, recherchent des batteries sûres, à longue durée de veille et rentables à grande échelle – on peut imaginer des salles de batteries sodium-soufre remplaçant les bancs de lithium-ion ou de plomb-acide actuellement utilisés pour les UPS (alimentation sans interruption). Sur des sites isolés ou hors réseau, des batteries bon marché qui ne nécessitent pas de remplacement fréquent sont extrêmement précieuses (moins de déplacements de maintenance). Les batteries aluminium-soufre, prévues comme très peu coûteuses par kWh, pourraient permettre aux micro-réseaux dans les communautés rurales ou insulaires, associés au solaire/éolien, de fournir de l’électricité 24h/24 sans se ruiner.
🚀 Aérospatial et défense : Les hautes performances de ces batteries sont naturellement attrayantes pour les applications aérospatiales et de défense. Comme mentionné, les satellites et les drones de haute altitude (pseudo-satellites) ont utilisé avec succès le Li-S en raison de sa légèreté et de ses bonnes performances à basse température (les batteries spatiales fonctionnent souvent à froid). L’armée américaine s’intéresse à des batteries plus légères pour les soldats (afin de réduire la charge de transporter de nombreux packs Li-ion) – une batterie au soufre pourrait considérablement alléger ce fardeau. De plus, comme les batteries au soufre ne contiennent pas de composés libérant de l’oxygène (contrairement au Li-ion qui peut libérer de l’O₂ en cas d’emballement thermique), elles pourraient être plus sûres dans des environnements clos comme les sous-marins ou les vaisseaux spatiaux. L’aluminium-air pourrait servir de source d’énergie sous-marine pour des sous-marins sans équipage à longue endurance, où le ravitaillement en aluminium est envisageable. Le secteur de la défense agit souvent comme un précurseur pour les technologies de pointe qui se diffusent ensuite, donc leur investissement dans les technologies de batteries à l’aluminium et au soufre peut accélérer le développement. En fait, les premiers engagements de Lyten en 2024–25 avec les marchés spatial, drones et défense laissent entendre que les contrats de défense aident à prouver la technologie lyten.com avant une utilisation plus large par les consommateurs.

Dans toutes ces applications, l’impact global est de permettre à la transition énergétique propre d’aller plus vite et plus loin. En réduisant drastiquement le coût des batteries et en nous libérant des contraintes de la chaîne d’approvisionnement du lithium-ion, les batteries à l’aluminium et au soufre pourraient rendre les véhicules électriques abordables pour plus de personnes (essentiel pour décarboner les transports), rendre l’énergie renouvelable plus fiable et répandue (essentiel pour décarboner l’électricité), et même créer de nouvelles possibilités comme le vol électrique. Elles présentent également des avantages environnementaux à l’usage : par exemple, remplacer les générateurs diesel de secours par des batteries aluminium-air ou sodium-soufre réduit la pollution locale de l’air et les émissions de CO₂. Si la technologie tient ses promesses, le monde pourrait voir des voitures électriques moins chères, des réseaux propres plus résilients et une réduction de l’extraction de métaux rares – une boucle vertueuse à la fois pour l’économie et l’environnement.

Implications économiques et environnementales

D’un point de vue économique, les batteries à base d’aluminium et de soufre pourraient être perturbatrices de la meilleure façon possible : en faisant baisser le coût du stockage d’énergie et en diversifiant la chaîne d’approvisionnement. Une batterie représente une part importante du coût d’un véhicule électrique ou d’un système d’énergie renouvelable, donc des batteries moins chères signifient des produits moins chers et une adoption plus rapide. Les analystes ont noté que des matériaux comme l’aluminium et le soufre coûtent une infime fraction du prix du lithium, du nickel ou du cobalt. Par exemple, une estimation a évalué le coût des matériaux des cellules aluminium-soufre à seulement ~15 % de celui d’une cellule lithium-ion équivalente news.mit.edu. Si ces économies se répercutent sur la fabrication, nous pourrions voir les prix des batteries (par kWh) chuter bien en dessous de la courbe d’apprentissage actuelle du lithium-ion. Un stockage bon marché pourrait alors stimuler la croissance économique en permettant de nouveaux modèles économiques (comme davantage de fermes solaires, des projets de stockage communautaire, etc.) et en réduisant les coûts énergétiques pour les consommateurs (imaginez recharger la batterie de votre maison chaque après-midi avec du solaire et ne jamais payer les tarifs de pointe du réseau).

Il y a aussi un enjeu géopolitique : la production de batteries lithium-ion est aujourd’hui fortement concentrée (la Chine dominant la fabrication des cellules et des pays comme la RDC fournissant des minéraux clés). L’aluminium, en revanche, est fondu partout dans le monde (et le recyclage en fournit également une source locale), et le soufre est omniprésent. De nombreux pays qui ne disposent pas de ressources en lithium ont en revanche des industries de l’aluminium solides (par exemple l’Inde, comme nous l’avons vu avec IOC Phinergy). Ainsi, les batteries à base d’aluminium pourraient permettre à davantage de nations de développer des industries nationales de batteries sans dépendre du lithium ou du cobalt importés. Cette diversification pourrait réduire les risques liés à la chaîne d’approvisionnement mondiale et rendre la transition vers la mobilité électrique et l’énergie renouvelable plus résiliente face aux pénuries ou à l’instabilité politique. Au Nevada, l’usine Lyten prévue en est un exemple – utilisant du soufre d’origine américaine et assemblant les batteries localement lyten.com, ce qui s’aligne avec les politiques visant à relocaliser la chaîne d’approvisionnement des batteries et à créer des emplois locaux (ils prévoient 1 000 emplois à pleine capacité dans cette seule usine lyten.com).

Sur le plan environnemental, ces batteries offrent de multiples avantages :

Empreinte carbone réduite : La fabrication des batteries est énergivore, mais les batteries au soufre et à l’aluminium peuvent être produites avec des procédés moins exotiques. Le raffinage du cobalt et du nickel est particulièrement émetteur de carbone. En les éliminant, les fabricants peuvent réduire les émissions de CO₂ par kWh de batterie. Theion a revendiqué une réduction de 2/3 de l’empreinte carbone pour ses batteries au soufre par rapport au Li-ion reuters.com. De plus, le soufre peut être obtenu comme sous-produit (coût carbone additionnel pratiquement nul pour l’obtenir), et le recyclage de l’aluminium n’utilise qu’environ 5 % de l’énergie de la production primaire d’aluminium – ainsi, utiliser de l’aluminium recyclé dans les batteries réduirait considérablement leur énergie grise.
Recyclage et fin de vie : L’aluminium est déjà l’un des matériaux les plus recyclés (pensez aux canettes en aluminium). Il existe une infrastructure pour faire fondre les déchets d’aluminium et les réutiliser. Si les batteries à métal-aluminium deviennent courantes, on peut imaginer que les anodes d’aluminium usagées soient régulièrement collectées et recyclées avec une grande efficacité – une économie circulaire pour le métal des batteries. Le soufre, dans le contexte des batteries, pourrait être plus difficile à recycler directement à partir des cellules (surtout s’il est lié à des composés), mais comme il est peu coûteux et non toxique, même s’il finit en décharge, il ne représente pas un danger environnemental aussi important que, par exemple, le plomb ou le cadmium dans les anciennes batteries. Les chercheurs pourraient trouver des moyens de récupérer le soufre ou de transformer le soufre usagé des batteries en produits chimiques utiles (le soufre est aussi utilisé dans les engrais, par exemple). L’absence de métaux lourds dans ces batteries signifie moins de déchets électroniques toxiques s’ils sont éliminés de manière inappropriée, et idéalement une manipulation plus facile dans les centres de recyclage.
Réduction de l’impact minier : L’extraction du lithium, du cobalt et du nickel a des impacts environnementaux et sociaux importants – de l’utilisation de l’eau pour l’extraction de la saumure de lithium, à la destruction des habitats et à la pollution autour des mines de nickel, en passant par les problèmes de travail des enfants dans certaines exploitations de cobalt. En réduisant ou en éliminant le besoin de ces matériaux, les batteries à aluminium et à soufre pourraient atténuer ces pressions. L’aluminium n’est pas sans impact (l’extraction de la bauxite et la fusion de l’aluminium posent leurs propres problèmes comme les déchets de boues rouges et une forte consommation d’électricité), mais ces processus sont bien réglementés dans de nombreux pays et la technologie s’améliore (par exemple, les anodes inertes pour la fusion de l’aluminium afin de réduire les émissions). Et encore une fois, le recyclage de l’aluminium réduit considérablement le besoin de nouvelles extractions. L’utilisation du soufre consiste principalement à réutiliser un sous-produit existant – cela pourrait en fait résoudre un problème (d’énormes stocks de soufre) plutôt qu’en créer un.
Sécurité et santé : Les incendies de batteries ont été une préoccupation avec le lithium-ion, car la combustion du Li-ion libère des fumées toxiques et peut provoquer des incendies difficiles à éteindre (comme l’ont montré certains incidents d’incendie de véhicules électriques). Des batteries non inflammables signifient moins d’incidents d’incendie, ce qui est un avantage pour la société. Cela signifie aussi une manipulation plus sûre des batteries lors du transport et dans les centres de recyclage. Par exemple, les véhicules électriques mis au rebut avec des batteries Li-ion présentent un risque d’incendie s’ils sont endommagés ; un véhicule électrique avec une batterie aluminium-soufre serait beaucoup plus sûr à démonter. De même pour les appareils grand public – moins d’appareils qui explosent ou prennent feu (on pense aux célèbres incendies de batteries de téléphones) est bénéfique pour la santé publique et la confiance dans la technologie des batteries.
Énergie de secours propre : Dans les endroits actuellement dépendants des générateurs diesel pour l’alimentation de secours ou à distance (îles, abris d’urgence, tours de télécommunications), remplacer ces générateurs par des batteries aluminium-air ou sodium-soufre élimine la combustion de carburant diesel, ce qui signifie pas d’émissions de gaz à effet de serre, pas de pollution particulaire, et pas de bruit. C’est une amélioration directe de l’environnement et de la qualité de vie. Par exemple, des tours de télécommunications fonctionnant à l’aluminium-air en Inde ne produiront aucune émission locale, alors que les groupes électrogènes diesel contribuent à la pollution de l’air et aux émissions de carbone.

En somme, les batteries à aluminium et à soufre ont le potentiel de démocratiser le stockage de l’énergie – en le rendant suffisamment abordable et respectueux de l’environnement pour que nous puissions déployer des batteries partout où nous en avons besoin afin de permettre un avenir énergétique propre. Elles ne seront pas une panacée (nous aurons probablement un mélange de technologies de batteries en usage), mais leur arrivée sur le marché peut faire baisser les coûts et obliger tous les fabricants de batteries à améliorer la durabilité.

Bien sûr, le succès économique de ces batteries n’est pas garanti ; elles doivent prouver qu’elles peuvent être fabriquées à moindre coût et fonctionner de manière fiable à grande échelle. Mais les investissements récents et les succès des prototypes sont très encourageants. Si elles réussissent, les bénéfices ne se limiteront pas à des voitures électriques moins chères ou à de meilleurs gadgets – il s’agira d’une réduction significative de l’impact environnemental de notre utilisation des batteries et d’un coup de pouce aux efforts mondiaux de décarbonation.

Conclusion : Un avenir prometteur alimenté par des éléments courants

Les batteries à l’aluminium et au soufre, autrefois considérées comme des technologies outsiders, se rapprochent rapidement de la réalité commerciale. Ces batteries illustrent une idée séduisante : utiliser des ingrédients simples et abondants pour résoudre des problèmes énergétiques complexes. Au cours des dernières années, les avancées en chimie et en science des matériaux ont rapproché cette idée de la concrétisation. Nous disposons désormais de prototypes de cellules aluminium-soufre capables de se recharger en quelques minutes et de fonctionner pendant des milliers de cycles nature.com, de batteries lithium-soufre atteignant des densités énergétiques qui relevaient du rêve il y a dix ans reuters.com, et même de systèmes aluminium-air commençant à fournir de l’énergie propre dans le monde réel evreporter.com.

Passer d’une dépendance aux métaux rares et aux importations coûteuses à des batteries fabriquées à partir d’éléments « bon marché » comme l’aluminium et le soufre pourrait transformer l’industrie des batteries, tout comme le silicium l’a fait pour l’électronique – permettant une mise à l’échelle massive et une réduction des coûts. Comme l’a plaisanté Sadoway, ces nouvelles batteries ont « tout ce dont on pourrait rêver pour une batterie : des électrodes peu coûteuses, une bonne sécurité, une charge rapide, de la flexibilité et une longue durée de vie » news.stanford.edu. Il reste encore des problèmes à résoudre, mais la trajectoire est claire.

Dans les années à venir, on peut s’attendre à entendre parler de déploiements pilotes (peut-être une ferme solaire en Californie utilisant les cellules aluminium-soufre du MIT, ou un drone alimenté par un pack Li-S de Lyten battant des records d’endurance). À mesure que la production augmentera, les coûts devraient encore baisser, et les derniers obstacles techniques – qu’il s’agisse de la durée de vie ou de la température de fonctionnement – seront probablement résolus grâce à l’intense recherche en cours dans le monde entier.

Pour le grand public, l’impact pourrait se faire sentir de manière subtile mais importante : un véhicule électrique moins cher et à plus grande autonomie, un smartphone qui reste chargé tout un long week-end, un quartier qui garde la lumière grâce à une batterie quand une tempête coupe le réseau, en sachant que tout cela est réalisé avec des matériaux aussi courants que le papier aluminium et l’engrais de jardin (soufre). L’appétit mondial pour les batteries ne cesse de croître, et les technologies à base d’aluminium et de soufre garantissent que nous pourrons y répondre de manière durable.

Comme l’a déclaré avec optimisme un scientifique impliqué dans l’avancement de ces batteries, « Ces résultats démontrent … un impact énorme sur le développement [des batteries]. Nous sommes un pas plus près de voir cette technologie dans notre vie quotidienne. » anl.gov En effet, l’avenir où nos vies seront alimentées par l’aluminium et le soufre – deux des éléments les plus discrets de la Terre – est désormais clairement à l’horizon. La révolution du stockage de l’énergie est en marche, et elle se construit sur les bases de la chimie courante, de l’ingénierie innovante et de l’impératif d’un avenir énergétique plus propre et moins coûteux.

Sources : Les informations et citations de ce rapport proviennent de sources récentes et crédibles, notamment des études évaluées par des pairs, des communiqués de presse universitaires, des actualités industrielles et des reportages de Reuters. Les principales références incluent MIT News sur la batterie aluminium-soufre news.mit.edu, les avancées du Argonne National Lab sur le lithium-soufre anl.gov, la couverture par Reuters des développements de Theion et Lyten reuters.com, lyten.com, ainsi que des entretiens avec des dirigeants du secteur (par exemple, le PDG de Phinergy sur les avantages de l’aluminium-air evreporter.com). Ces références et d’autres citations tout au long du texte fournissent des preuves détaillées à l’appui des affirmations avancées.