Les batteries « tout solide » suscitent ces dernières années un engouement dans le monde des industriels de la batterie et des fabricants de voitures électriques, mais également au sein de nos institutions, si on en juge leur feuille de route qui prévoit l’arrivée à maturité de cette technologie à l’horizon 2030. Un grand nombre de PME voient le jour et de nombreux partenariats industriels se mettent en place pour se positionner sur un marché très lucratif. Cet engouement a même gagné l’Europe et la France au vu de l’aide financière apportée à la compagnie taiwanaise PROLOGION pour la construction d’une gigafactory visant à développer des batteries soi-disant « tout solide ». Cette technologie pourrait idéalement i) dépasser en termes de sécurité les batteries Li-ion classiques, mais également ii) permettre d’obtenir des densités d’énergie volumétriques plus élevées grâce à des configurations bipolaires et à l’utilisation de Li métallique.
Cependant, l'enthousiasme commence à fléchir à cause de la prise de conscience croissante des difficultés récurrentes liées aux interfaces se formant entre l’électrolyte solide (thiophosphate) et l’électrode positive (oxyde lamellaire) et également avec l’électrode négative (Li), sans mentionner les besoins en pression liés à son fonctionnement. La batterie tout solide ne devient-elle pas un « Graal » qui se dérobe ?
Ce cours tentera à son échelle de faire preuve de pragmatisme en évaluant les recherches actuelles intenses dans le domaine tout en distinguant réalités et effets d’annonces. Il replacera cette technologie dans son contexte historique et rappellera qu’elle a vu le jour dès les années 1970, sans grand succès, avant de connaître un nouvel élan grâce à la découverte de nouveaux conducteurs ioniques en 2013 (Li10GeP2S12). Depuis, elle a capturé l’intérêt de tous les centres de recherche mondiaux sur les batteries, sans exception. Cet engouement a généré de nombreuses avancées tant au niveau de la conception de nouveaux conducteurs ioniques que de l’ingénierie des interfaces via des méthodes d’enrobage ou la création d’hétérostructures, qui seront d’ailleurs passées en revue dans le cours. Le passage au tout solide a également entraîné des innovations tant au niveau des techniques de caractérisation que de l’assemblage des cellules, notamment pour abaisser la pression et permettre l’utilisation d’une anode de Li, que l’on mentionnera.
Malgré cela l’impatience du monde industriel s’accroît, ce qui les pousse à privilégier des technologies tout solide hybrides reposant sur l’utilisation de polymères, gels, ionogels voire de liquides. Il va de soi que cette dérive amène à des compromis au niveau des performances et suscite des questionnements au niveau de la valeur ajouté finale du tout solide, ce qui sera discuté. Les cours seront suivis par des séminaires dédiés au techniques analytiques (F. Kanoufi), aux propriétés mécaniques (C. Laberty), au design de nouveaux matériaux (F. Kanoufi, C. Masquelier, M. Rosseinsky), aux procédés de fluorination (M. Dubois). Deux orateurs du monde de l’industrie (R. Bastien) et du monde des investisseurs (G. Bonhomme) clôtureront cette série de cours.