Face à la montée en puissance des véhicules électriques et aux besoins croissants en solutions de stockage d’énergie, la dépendance aux batteries lithium-ion soulève des interrogations majeures. Entre enjeux environnementaux, limites géopolitiques des ressources et coûts de production, la recherche d’alternatives au lithium s’intensifie en 2025. Nouveaux matériaux, innovations technologiques et stratégies industrielles redessinent le paysage des batteries de demain. Des métaux abondants comme le sodium, le magnésium ou le fer aux explorations plus audacieuses intégrant le chanvre ou le silicium, chaque piste offre une promesse spécifique pour révolutionner le stockage d’énergie.
Les recherches révolutionnaires en matériaux alternatifs : sodium, magnésium, aluminium et zinc
Un des points majeurs dans la quête d’alternatives au lithium repose sur l’identification de matériaux capables d’assurer un stockage d’énergie efficace à coût réduit. Récemment, une équipe du New Jersey Institute of Technology a appliqué l’intelligence artificielle générative pour analyser des milliers de matériaux à potentiel énergétique, en se concentrant notamment sur le sodium, magnésium, aluminium et zinc. Ces métaux, naturellement abondants et moins onéreux que le lithium, ouvrent des perspectives inédites.
Les batteries à électrodes contenant ces métaux se caractérisent par des structures poreuses favorisant la circulation des ions entre les électrodes, un fonctionnement similaire aux batteries lithium-ion. Leur porosité joue un rôle central car elle conditionne la rapidité et la stabilité du transfert ionique. Le logiciel d’auto-apprentissage développé a permis de simuler et tester virtuellement des millions de combinaisons, ce qui aurait été impossible autrement en laboratoire. Cette double approche, intégrant la stabilité thermodynamique et la structure atomique, a ainsi révélé des compositions où le magnésium et le zinc brillent par leur équilibre entre densité énergétique et durabilité.
Ce travail représente une étape déterminante avant la phase expérimentale en laboratoire, où les matériaux prometteurs seront soumis à des essais physiques. Cette transition est cruciale pour valider les hypothèses théoriques et adapter les processus industriels. Les chercheurs mettent aussi en avant la facilité d’extraction et la moindre toxicité de ces métaux, un point essentiel au regard des critiques visant actuellement l’extraction du lithium, notamment en Amérique du Sud où elle exige d’énormes quantités d’eau et cause des conflits sociaux.
Des sociétés comme Verkor et NEEOFAR en France travaillent également sur ces axes, notamment en intégrant des batteries sodium-ion pour des solutions à l’échelle résidentielle ou industrielle. En ce sens, l’intelligence artificielle, alliée à la recherche fondamentale, accélère l’innovation pour des alternatives réalistes à court terme, tout en orientant les ressources vers les métaux les plus aptes à remplacer le lithium dans des applications spécifiques.
L’impact écologique et géopolitique du lithium : pourquoi chercher des substituts en 2025
L’extraordinaire essor des batteries lithium-ion n’est pas sans conséquences pour l’environnement et les sociétés. La demande mondiale a explosé, portée notamment par des fabricants comme SAFT, Varta, ou Blue Solutions. Cependant, la production de lithium implique une consommation d’eau colossale – environ 2,2 millions de litres sont nécessaires pour extraire une tonne de lithium, principalement dans des zones sensibles d’Amérique du Sud. Cette situation génère des tensions avec les populations locales, en plus des risques de dégradation durable des sols et de contamination de l’air.
Cet impact écologique majeur incite le secteur à envisager sérieusement des alternatives qui pourraient réduire la pression sur ces ressources. D’un point de vue géopolitique, la concentration des réserves de lithium dans quelques régions du globe fragilise aussi la chaîne d’approvisionnement. Face à ces défis, des entreprises comme Grenoble Batteries ou Tiamat développent des solutions pour réduire la dépendance au lithium, en diversifiant les matériaux et en améliorant le recyclage. Toutefois, malgré une croissance encourageante, le recyclage des batteries reste encore marginal, rendant la substitution du lithium indispensable à moyen terme.
Par ailleurs, en 2025, plusieurs initiatives industrielles et gouvernementales visent à promouvoir des matériaux plus abondants, notamment le sodium avec les batteries Na-ion Batteries France qui émergent comme une alternative prometteuse pour des utilisations dans le stockage stationnaire. Ces batteries au sodium ne nécessitent pas de substances rares et leur production peut être localisée, ce qui réduit dépendances et risques environnementaux. Pour autant, elles présentent un poids supérieur et une émission d’énergie légèrement moindre que les batteries lithium-ion, des défis que les chercheurs et industriels doivent relever pour rendre la technologie compétitive.
À cet égard, des acteurs tels que Innolith misent sur des architectures hybrides et des nouvelles chimies qui combinent des performances techniques avec un profil écologique amélioré. Ces évolutions illustrent un changement de paradigme nécessaire pour allier transition énergétique et durabilité environnementale.
Les technologies pionnières qui changent la donne : batteries Qilin, lithium-soufre et silicium
Des innovations spécifiques pourraient bouleverser les standards actuels. La batterie Qilin, conçue par le géant chinois CATL, est emblématique des avancées en matière de performances et sécurité. Elle est annoncée comme possédant une densité énergétique exceptionnelle et une endurance multipliée par rapport aux batteries traditionnelles. Ce type de batterie illustre le niveau de sophistication croissant qui peut coexister avec une réduction des matériaux critiques.
D’autres pistes prometteuses intègrent le silicium au sein des anodes. Les batteries traditionnelles utilisent du graphite pour permettre le déplacement des ions lithium. Remplacer ce graphite par du silicium améliore considérablement la capacité d’absorption de lithium, donnant des batteries plus légères, plus efficaces et plus sûres. Cette évolution intéresse vivement les laboratoires français comme ceux associés à Verkor qui explorent ces matériaux composites pour répondre à une demande plus exigeante, notamment dans le secteur automobile et notamment pour les VE haut de gamme.
A côté, la technologie lithium-soufre, soutenue par des start-ups comme Bemp Research Corp aux États-Unis, utilise des composants alternatifs tels que le chanvre pour renforcer la structure des batteries. Ces matériaux bio-sourcés offrent un potentiel pour contourner certains problèmes classiques des batteries lithium-ion, notamment la sécurité et la recyclabilité. L’intégration du soufre avec le lithium apporterait une meilleure densité énergétique tandis que le chanvre contribuerait à réduire les coûts et l’empreinte carbone.
Ces innovations ne sont pas encore arriver à maturité industrielle, mais elles indiquent clairement que le futur du stockage d’énergie reposera sur une diversification des matériaux et des architectures, pilotée par la recherche collaborative entre laboratoires, industriels comme SAFT, Zinium et universitaires.
Le rôle des entreprises françaises et européennes dans la conquête des batteries sans lithium
Alors que l’Asie domine le marché des batteries lithium-ion, l’Europe, et en particulier la France, déploie ses efforts pour s’imposer dans les alternatives plus durables et indépendantes. Verkor, par exemple, est un acteur innovant qui développe des batteries Na-ion Batteries France, un projet qui vise à offrir des solutions compétitives et locales afin de réduire la dépendance au lithium importé.
Des entreprises comme Blue Solutions, issues du groupe Bolloré, travaillent également à l’industrialisation de batteries sodium-ion avec un positionnement stratégique sur le stockage d’énergie stationnaire pour les réseaux publics et privés. Par ailleurs, NEEOFAR, basée à Grenoble, investit dans le développement de technologies avancées pour améliorer la densité énergétique et la longévité des batteries sans lithium.
Tiamat s’inscrit sur cette même voie en explorant des chimies innovantes en Europe, tandis que l’impact de leurs innovations s’étend aux grands constructeurs automobiles et aux secteurs de la mobilité durable. L’usine BMW, par exemple, teste actuellement plusieurs de ces nouvelles solutions dans son unité de production dédiée au développement durable, où l’accent est mis autant sur la performance que sur la recyclabilité.
Parallèlement, des acteurs historiques comme SAFT, Varta ou Zinium collaborent avec des centres de recherche pour affiner les prototypes et accélérer la production industrielle. Cette dynamique collective illustre une volonté européenne forte et pragmatique d’investir dans un avenir énergétique autonome, reposant sur des matériaux abondants et une meilleure maîtrise environnementale. Grenoble Batteries, un cluster local, joue un rôle pivot dans la synergie entre recherche et industrie, catalysant l’innovation et la diffusion rapide des nouvelles technologies.