Le professeur Jürgen Janek, figure de proue de l’électrochimie du solide à l’université Justus-Liebig de Giessen, discute du passé, du présent et de l’avenir du stockage d’énergie au-delà du lithium. Son travail, soutenu par le prestigieux pôle d’excellence Post-Lithium Storage (POLiS), est à l’avant-garde du développement de technologies de batteries de nouvelle génération.
De l’histoire à la haute conductivité : le chemin vers les batteries à semi-conducteurs
Le voyage de Janek sur le terrain était presque accidentel. Considérant d’abord l’histoire, il a finalement choisi la chimie, motivé par des lacunes fondamentales dans les connaissances existantes. Il attribue aux premiers mentors une solide expérience en physique et en science des matériaux, ainsi qu’à des collaborations avec Alan B. Lidiard, pour avoir façonné sa perspective sur le transport des ions dans les solides, un sujet historiquement sous-représenté dans les programmes d’études standards en chimie. Cette prise de conscience que l’électrochimie du solide faisait le lien entre la physique, la chimie et l’ingénierie l’a propulsé vers un domaine qui, selon lui, deviendrait crucial pour les futures technologies énergétiques.
La percée qui a accéléré la recherche sur les semi-conducteurs
Un tournant clé a été le rapport de Ryuichi Kanno de 2011 sur la conductivité élevée des ions lithium dans le composé sulfuré Li10GeP2S12 (LGPS). Cette découverte (une conductivité dépassant celle des électrolytes liquides) a déclenché des progrès rapides dans les concepts de batteries à semi-conducteurs. Janek note que cette avancée a déclenché une intense concurrence mondiale pour les nouveaux électrolytes solides, une course qui se poursuit aujourd’hui. Des recherches émergentes suggèrent que des niveaux de conductivité encore plus élevés peuvent être obtenus avec des électrolytes solides à base de sodium, ce qui pourrait permettre des batteries plus durables et plus puissantes.
POLiS : Financer l’avenir du stockage d’énergie
Le cluster POLiS, géré conjointement par l’Université d’Ulm, l’Institut de technologie de Karlsruhe et l’Université Justus-Liebig de Giessen, est un moteur majeur de cette recherche. Avec une période de financement renouvelée de sept ans commençant en 2026, l’objectif du programme est d’explorer des options de stockage d’énergie au-delà du lithium, notamment des systèmes à base de sodium, de potassium, de magnésium, de calcium, d’aluminium et même d’anions. Même si les batteries au lithium resteront pertinentes, POLiS vise à diversifier les technologies de stockage pour réduire la dépendance à un seul élément et accroître la résilience face aux perturbations géopolitiques.
Réalisations récentes : Imagerie d’anodes métalliques et d’électrolytes de magnésium à haute conductivité
Le groupe de Janek contribue de manière significative à POLiS grâce à des études approfondies sur les concepts du solide, les réactions d’interface et le transport de charges. Des travaux récents, dirigés par les doctorants Till Ortmann et Till Fuchs, ont fait progresser l’imagerie microscopique des anodes métalliques de sodium et de lithium en utilisant la diffraction par rétrodiffusion des électrons, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour la conception d’anodes. Les recherches de Clarissa Glaser ont également donné des résultats prometteurs, en synthétisant des électrolytes solides magnésium-ion avec une conductivité atteignant 0,1 mS/cm, une étape vers des batteries magnésium-ion viables.
Le rôle crucial du recyclage
Le programme reconnaît que la durabilité n’est pas négociable. Janek souligne que le recyclage doit être intégré dès le départ dans la conception de nouveaux matériaux et concepts de cellules, garantissant ainsi une économie circulaire pour ces technologies.
Au-delà du lithium : prédire la prochaine technologie de batterie à l’échelle du gigawatt
Même si prédire l’avenir est incertain, Janek suggère que les batteries sodium-ion sont sur le point de devenir la prochaine technologie largement adoptée après le plomb, le lithium et le sodium. La question de savoir si d’autres produits chimiques « au-delà du lithium », comme le potassium, le magnésium ou l’aluminium, atteindront l’échelle du gigawatt dépend de leurs performances et de leur viabilité économique. POLiS explore activement ces options, dans l’espoir que l’une d’elles émergera comme une solution pratique à grande échelle.
Améliorer la communication scientifique
Janek estime que la communication scientifique doit évoluer avec son temps. Il plaide pour une publication en libre accès avec un contrôle de qualité rigoureux et appelle à une discussion plus active sur la recherche publiée, suggérant même la possibilité de modifier ou d’améliorer les articles après publication – un concept qui reflète la nature dynamique de la science moderne.
En conclusion, les travaux du professeur Janek et les recherches en cours de POLiS représentent un effort essentiel pour diversifier et améliorer les technologies de stockage d’énergie. En se concentrant sur des matériaux autres que le lithium et en donnant la priorité à la durabilité, cette recherche a le potentiel de remodeler l’avenir de la production et de la consommation d’électricité.
