Le Département de l'Énergie des États-Unis (DoE) a alloué 125 millions de dollars au financement de deux équipes du Pôle d'innovation énergétique, afin de mener une nouvelle vague de développement technologique des batteries. Cette initiative, visant à améliorer les limites actuelles des batteries lithium-ion, est menée par le Laboratoire national d'Argonne et l'Université de Stanford. Cette initiative reflète un effort concerté pour accélérer la décarbonation des transports et renforcer l'intégration des énergies propres au réseau électrique.
L'annonce de financement, détaillée dans un communiqué du Département de l'Énergie, souligne le besoin urgent de solutions avancées de stockage d'énergie pour répondre à la demande croissante de technologies de batteries plus sûres, plus efficaces et plus rentables. Les applications émergentes, notamment dans les transports et le stockage sur réseau, nécessitent des capacités de stockage d'énergie plus importantes, des mesures de sécurité renforcées et une diversification des matières premières utilisées dans la fabrication des batteries afin de limiter les risques liés à la chaîne d'approvisionnement.
Alliance de recherche sur le stockage de l'énergie (ESRA)
L'Alliance de recherche sur le stockage de l'énergie (ESRA), pilotée par le Laboratoire national d'Argonne, rassemble une cinquantaine de chercheurs issus de trois laboratoires nationaux et de 50 universités. Leur mission est d'explorer les sciences des batteries de manière fondamentale afin de relever les défis actuels, notamment la sécurité, la haute densité énergétique et le développement de batteries longue durée à partir de matériaux facilement disponibles et peu coûteux.
L’ambition première de l’ESRA est de repousser les limites de la science du stockage de l’énergie, en favorisant l’innovation technologique qui renforce la compétitivité économique des États-Unis.
Shirley Meng, directrice de l'ESRA, a souligné l'urgence de disposer de dispositifs de stockage d'énergie performants, économiques et durables pour parvenir à une décarbonation profonde des transports lourds et du réseau électrique. Mme Meng, également scientifique en chef de l'Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science et professeure à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago, a souligné que surpasser les capacités de la technologie lithium-ion actuelle nécessite des recherches de pointe ancrées dans la science fondamentale. Elle a déclaré : « La demande de dispositifs de stockage d'énergie performants, économiques et durables est en hausse, en particulier ceux susceptibles de décarboner profondément les transports lourds et le réseau électrique. »
Bryan McCloskey, directeur adjoint des axes scientifiques de l'ESRA et ingénieur au Berkeley Lab, a ajouté que l'ESRA vise à favoriser un écosystème propice à l'innovation rapide, réduisant ainsi le délai entre la découverte fondamentale et le déploiement technologique. Un élément essentiel de la stratégie de l'ESRA consiste à former une main-d'œuvre diversifiée et apte à répondre aux futures exigences industrielles, grâce à des partenariats avec l'industrie, le monde universitaire et les pouvoirs publics. Il a déclaré : « L'ESRA crée un écosystème de recherche sur le stockage d'énergie dont la mission est d'innover rapidement, de réduire le délai entre la découverte fondamentale et le développement technologique, et de former la prochaine génération de main-d'œuvre. »
La coalition, composée d’institutions comme l’Université Columbia, le MIT et l’Université du Michigan, entre autres, participera activement à tous les aspects de la recherche scientifique, de la gouvernance et du développement stratégique.
Consortium des batteries aqueuses (ABC)
Parallèlement, l'université de Stanford pilote le Consortium des batteries aqueuses (ABC), dont les travaux portent sur le développement d'une nouvelle batterie aqueuse prometteuse, à la fois respectueuse de l'environnement et économique. Cette technologie, qui devrait offrir une densité énergétique supérieure à celle des batteries au plomb actuelles et coûter potentiellement dix fois moins cher que les batteries lithium-ion actuelles, vise à résoudre des problèmes récurrents tels que la faible tension, la faible densité énergétique et la corrosion.
Linda Nazar, scientifique en chef du projet et professeure à l'Université de Waterloo, a souligné les obstacles persistants au développement de batteries aqueuses, notamment la corrosion des matériaux et la défaillance des cellules en conditions réelles. « Les obstacles à la conception d'une telle nouvelle batterie aqueuse ont bloqué les inventeurs pendant des années », a-t-elle fait remarquer.
Yi Cui, directeur du projet et professeur à Stanford, a souligné l'impératif de créer des solutions de stockage d'énergie abordables, à l'échelle du réseau, capables d'un fonctionnement fiable à long terme, en particulier à une époque dominée par des sources d'énergie renouvelables intermittentes comme l'énergie solaire et éolienne.
L'Aqueous Battery Consortium, administré par le Precourt Institute for Energy de Stanford, rassemble 31 scientifiques, ingénieurs et physiciens de renom spécialisés dans les batteries, issus d'institutions nord-américaines, dont le SLAC, plusieurs campus de l'Université de Californie, l'Université d'État de Caroline du Nord et les laboratoires de recherche de l'armée et de la marine américaines. Leur collaboration portera sur la conception et la synthèse de matériaux, la théorie et la simulation, ainsi que la caractérisation de prototypes.
Les équipes de recherche exploreront diverses facettes de la technologie des batteries, notamment l'électrolyte, les matériaux des électrodes et l'architecture globale de l'appareil, avec pour objectif de fabriquer des batteries qui non seulement fonctionnent efficacement, mais se chargent et se déchargent également rapidement tout en étant économiquement viables.
L'allocation de 125 millions de dollars du DoE, répartie à parts égales entre les deux pôles sur une période pouvant aller jusqu'à cinq ans, établit un cadre solide pour la recherche transformatrice dans le domaine du stockage de l'énergie.
