Demande mondiale
Alors que la demande mondiale en énergie propre et en électrification – notamment dans le domaine des véhicules électriques (VE) – ne cesse de croître, la demande en technologies basées sur les batteries, qui sont au cœur de ces secteurs, a connu une forte hausse.
À l'heure actuelle, les batteries lithium-ion traditionnelles dominent le marché du stockage d'énergie. Cependant, ces batteries présentent certains inconvénients, notamment des coûts de fabrication élevés, une durée de vie limitée, des problèmes de sécurité et un impact sur l'environnement.
Aujourd'hui, le principal défi consiste à faire progresser la technologie des batteries afin de répondre à cette demande ; il s'agit de trouver des alternatives à la batterie lithium-ion.
Les batteries au graphène seraient-elles la solution ?
Innovation dans le domaine du graphène
Au cours des 20 dernières années, les applications innovantes du graphène se sont multipliées dans divers secteurs, allant de l'électronique portable au stockage et à la récupération d'énergie.
Le graphène s'est révélé doté de caractéristiques et de propriétés remarquables. Il est constitué d'une seule couche d'atomes de carbone – disposés selon un réseau hexagonal –, ce qui en fait le matériau le plus fin au monde. Il est pourtant exceptionnellement résistant, bien plus que des matériaux tels que l'acier ou le diamant.
Grâce à sa légèreté et à sa résistance, il s'est déjà révélé utile dans les secteurs de l'automobile et de l'aéronautique, où il permet de réduire la consommation de carburant et les émissions de carbone. De plus, l'exceptionnelle conductivité électrique du graphène permet une recharge plus rapide et une meilleure sécurité thermique ; il peut être intégré aux batteries lithium-ion traditionnelles afin d'améliorer considérablement leurs performances.
Si d'autres batteries durables, telles que celles à base de sodium, constituent une alternative moins coûteuse et plus écologique, elles présentent toutefois des inconvénients connus, notamment une faible densité énergétique. Cela se traduit par une capacité de stockage d'énergie réduite et une durée de vie plus courte ; elles ont donc peu de chances d'être commercialement viables pour une utilisation dans les véhicules électriques, qui exigent ces deux caractéristiques.
La polyvalence du graphène en fait donc un élément révolutionnaire dans le domaine des énergies renouvelables et du stockage d'énergie, et un candidat de choix pour rivaliser avec son homologue au lithium.
Brevetage des inventions à base de graphène
La publication de l'indice des brevets 2024 de l'Office européen des brevets (OEB) a mis en évidence les chiffres clés et les tendances de l'activité en matière de brevets. Des statistiques notables ont révélé une augmentation de 64,8 % du nombre de dépôts au cours de la dernière décennie dans le secteur des machines et appareils électriques et de l'énergie. Ce secteur, qui englobe notamment les technologies des batteries, est ainsi celui qui connaît la croissance la plus rapide parmi les 35 domaines technologiques de l'OEB depuis 2015.
Depuis l'adoption en 2021 de la loi européenne sur le changement climatique, qui fixe comme objectif la neutralité climatique dans l'UE d'ici 2050, on observe également une progression des énergies renouvelables durables et de la mobilité électrique. L'indice des brevets de l'OEB souligne que les technologies de batteries constituent un domaine clé de la transition énergétique, c'est-à-dire le passage à des énergies plus propres et renouvelables, avec une croissance accélérée de 24 % des dépôts de brevets en 2024 par rapport à l'année précédente.
Les statistiques de l'OEB reflètent les tendances du secteur publiées dans le rapport annuel sur les batteries de la Fondation Volta. Ce rapport a révélé que les ventes mondiales de véhicules électriques, y compris les modèles alimentés par batterie, avaient bondi de 25 % en 2024. Outre les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS), les dispositifs permettant de stocker l'électricité – à l'instar du réseau national – connaissent un essor croissant dans le cadre du déploiement des batteries.
À l'heure actuelle, le marché des applications liées aux technologies des batteries est dominé par l'Asie, LG, Samsung et Toyota Motor figurant parmi les dix premiers déposants européens de brevets en 2024.
Commercialisation
Le secteur des batteries au graphène connaît un essor rapide, stimulé par les investissements des pouvoirs publics, des instituts de recherche et des entreprises privées.
En 2015, le gouvernement britannique et le Fonds européen de développement régional (FEDER) ont réalisé un investissement considérable de 61 millions de livres sterling afin de soutenir la recherche menée au National Graphene Institute. Ce financement a permis la mise en place de collaborations clés entre des partenaires industriels et des experts universitaires de premier plan de l'université de Manchester, dans le but de développer et de lancer de nouvelles technologies, de nouveaux produits et de nouveaux procédés tirant parti des propriétés remarquables du graphène.
D'autres initiatives, telles que le programme « Graphene Flagship » de l'Union européenne, ont conduit au lancement commercial des « Ipower Batteries », des batteries au plomb à base de graphène. À cet égard, le marché a été stimulé par la demande de solutions plus écologiques et plus efficaces pour les véhicules électriques.
Bien que la recherche et le développement dans le domaine des batteries au graphène soient en plein essor, ils ne vont pas sans difficultés. À mesure que la demande en graphène augmente, le principal obstacle sera de parvenir à une production à l’échelle industrielle. Récemment, dans le cadre d’une collaboration entre l’université de Swansea et un groupe d’universités chinoises, un article a été publié dans *Nature Chemical Engineering*, dévoilant leur protocole pour la production à l’échelle commerciale de feuilles de graphène destinées à la protection thermique des batteries lithium-ion. Il s’agit d’un pas en avant vers l’intensification de la production de graphène à l’échelle commerciale.
Par ailleurs, aux États-Unis, NanoTech Energy, leader dans le domaine des solutions de stockage d’énergie à base de graphène, s’est associé à Geuyang , spécialisée dans la technologie des matériaux cathodiques à haute teneur en nickel (97 %). La collaboration entre les deux entreprises vise à associer leurs technologies respectives en matière de batteries et à parvenir à une production en série. Cela leur permettra d’étendre leurs activités aux véhicules électriques, à l’électronique portable et aux systèmes de stockage d’énergie. Ce sera également une avancée significative vers l’accélération de l’innovation en matière de sécurité et de performances des batteries grâce à l’utilisation du graphène.
Évolutions futures
Dans l'ensemble, l'intégration du graphène dans les batteries progresse à grands pas. Exploiter pleinement le potentiel du graphène constitue un moteur essentiel de l'innovation dans le domaine des batteries et offre des avantages tant au niveau de la fabrication que du stockage et de l'utilisation.
Ces dernières années, la recherche et le développement dans le domaine des batteries se sont principalement concentrés sur la mise au point de batteries à électrolyte solide ; dans ce contexte, la priorité est de surmonter les difficultés liées à la mise à l'échelle des processus de fabrication, de réduire les coûts et de résoudre les problèmes de compatibilité avec les technologies et les infrastructures actuelles en matière de batteries.
À cet égard, les batteries au graphène pourraient jouer un rôle déterminant dans l'évolution du marché des batteries pour véhicules électriques et du stockage d'énergie, et déboucher sur de nouvelles avancées passionnantes et des percées technologiques.
Si vous souhaitez poursuivre cette discussion, veuillez contacter l'auteur ou votre avocat habituel chez Barker Brettell.
« Le secteur des batteries au graphène connaît un essor rapide, stimulé par les investissements des pouvoirs publics, des instituts de recherche et des entreprises privées. »
