Alors que la demande d’informatique mobile et de voitures tout électriques augmente, les limites de la technologie actuelle des batteries constituent un obstacle. Inventée dans les années 1790 par le physicien italien Alessandro Volta, la batterie électrique a été le cheval de bataille de nombreux gadgets, appareils et machines.
Les appareils grand public étant de plus en plus petits et leur utilisation ininterrompue avant recharge étant plus importante, il est également devenu de plus en plus important que les batteries soient à la fois miniaturisées et plus efficaces sur le plan énergétique. Ceci, cependant, s’est avéré être un obstacle technologique qui, s’il est surmonté, sera un développement important et rentable pour l’économie de haute technologie de demain.
Technologie des batteries
Toutes les batteries électriques reposent sur la réaction chimique fondamentale de réduction et d’oxydation (redox) qui peut se produire entre deux matériaux différents. Ces réactions sont logées dans un récipient fermé et étanche. La cathode, ou borne positive, est réduite par l’anode, ou borne négative, où se produit une oxydation. La cathode et l’anode sont séparées physiquement par un électrolyte qui permet aux électrons de circuler facilement d’une borne à l’autre. Ce flux d’électrons crée un potentiel électrique, qui permet la production d’un courant électrique lorsqu’un circuit est complété.
Les piles jetables grand public (appelées piles primaires), telles que les piles de taille AA et AAA produites par des sociétés comme Energizer (ENR), reposent sur une technologie qui n’est pas propice aux applications modernes. Tout d’abord, elles ne sont pas rechargeables. Ces piles dites alcalines utilisent une cathode de dioxyde de manganèse et une anode de zinc, séparées par un électrolyte de dioxyde de potassium dilué. L’électrolyte oxyde le zinc de l’anode tandis que le dioxyde de manganèse de la cathode réagit avec les ions zinc oxydés pour créer de l’électricité. Progressivement, les sous-produits de la réaction s’accumulent dans l’électrolyte et la quantité de zinc restant à oxyder diminue. Finalement, la pile s’éteint. Ces piles fournissent généralement 1,5 volt d’électricité et peuvent être disposées en série pour augmenter cette quantité. Par exemple, deux piles AA en série fournissent trois volts d’électricité.
Les piles rechargeables (connues sous le nom de piles secondaires) fonctionnent à peu près de la même manière, en utilisant une réaction d’oxydation de réduction entre deux matériaux, mais elles permettent également à la réaction de s’effectuer en sens inverse. Les batteries rechargeables les plus couramment utilisées sur le marché aujourd’hui sont au lithium-ion (LiOn), bien que diverses autres technologies aient également été essayées dans la recherche d’une batterie rechargeable viable, y compris le nickel-hydrure métallique (NiMH) et le nickel-cadmium (NiCd).
Les NiCd ont été les premières batteries rechargeables disponibles dans le commerce pour une utilisation de masse, mais ont souffert de n’être capables que d’un nombre limité de recharges. Les NiMH ont remplacé les piles NiCd et ont pu être rechargées plus fréquemment. Malheureusement, elles avaient une durée de vie très courte, de sorte que si elles n’étaient pas utilisées rapidement après leur production, elles pouvaient être inefficaces. Les piles LiOn ont résolu ces problèmes en se présentant dans un petit boîtier, en ayant une longue durée de conservation et en permettant de nombreuses charges. Mais les batteries LiOn ne sont pas les plus utilisées dans l’électronique grand public comme les appareils mobiles et les ordinateurs portables. Ces piles sont beaucoup plus chères que les piles alcalines jetables et ne sont généralement pas disponibles dans les tailles traditionnelles de AA, AAA, C, D, etc.
Le dernier type de piles rechargeables que la plupart des gens connaissent est la batterie au plomb liquide, le plus souvent utilisée comme batterie de voiture. Ces batteries peuvent fournir beaucoup d’énergie (comme pour le démarrage à froid d’une voiture), mais contiennent des matières dangereuses, notamment du plomb et de l’acide sulfurique, qui sert d’électrolyte. Ces types de batteries doivent être éliminés avec précaution afin de ne pas polluer l’environnement ou de ne pas causer de dommages physiques à ceux qui les manipulent.
L’objectif de la technologie actuelle des batteries est de créer une batterie qui puisse égaler ou améliorer les performances des batteries LiOn, mais sans le lourd coût associé à leur production. Au sein de la famille lithium-ion, les efforts se sont concentrés sur l’ajout d’ingrédients supplémentaires pour augmenter l’efficacité de la batterie tout en réduisant son prix. Par exemple, les arrangements lithium-cobalt (LiCoO2) sont désormais présents dans de nombreux téléphones cellulaires, ordinateurs portables, appareils photo numériques et produits portables. Les cellules au lithium-manganèse (LiMn2O4) sont le plus souvent utilisées pour les outils électriques, les instruments médicaux et les groupes motopropulseurs électriques, comme ceux que l’on trouve dans les véhicules électriques.
En ce moment, des équipes mènent des recherches et des développements pour augmenter les performances des batteries à base de lithium. Les batteries lithium-air (Li-Air) constituent un nouveau développement passionnant qui pourrait permettre une capacité de stockage d’énergie beaucoup plus importante – jusqu’à 10 fois plus de capacité qu’une batterie LiOn typique. Ces batteries « respireraient » littéralement l’air en utilisant l’oxygène libre pour oxyder l’anode. Bien que cette technologie semble prometteuse, il existe un certain nombre de problèmes technologiques, notamment une accumulation rapide de sous-produits diminuant les performances et le problème de la « mort subite » dans lequel la batterie cesse de fonctionner sans avertissement.
Les batteries au lithium-métal constituent également un développement impressionnant, promettant une efficacité énergétique près de quatre fois supérieure à la technologie actuelle des batteries de voitures électriques. Ce type de batterie est également beaucoup moins cher à produire, ce qui fera baisser le coût des produits qui les utilisent. Les questions de sécurité constituent toutefois une préoccupation majeure, car ces batteries peuvent surchauffer, provoquer un incendie ou exploser si elles sont endommagées. D’autres nouvelles technologies sont à l’étude, notamment le lithium-soufre et le silicium-carbone, mais ces piles en sont encore aux premières phases de la recherche et ne sont pas encore commercialement viables. Plusieurs développements ont également lieu autour des batteries alimentées par l’énergie solaire.
Investir dans la technologie des batteries
Si et quand la technologie des batteries prend son essor dans ces nouvelles directions passionnantes, elle réduira le coût de production de l’électronique grand public et des véhicules électriques tels que ceux produits par Tesla Motors (TSLA). Tesla a récemment annoncé la construction d’une « gigafactory » pour non seulement produire davantage de véhicules, mais aussi pour produire ses propres batteries LiOn en interne, en collaboration avec le géant japonais de l’électronique Panasonic (ADR:PCRFY). En prenant en main le problème de la production de batteries, Tesla a peut-être trouvé un excellent moyen d’obtenir une exposition d’investissement à la fois aux voitures électriques et à la technologie des batteries.
Le marché de la technologie des batteries est quelque peu myope, les nouvelles technologies, les développements et les partenariats catapultant l’industrie vers l’avant. Le rapport » Top 20 Lithium-Ion Battery Manufacturing Companies Report 2018 » de Visiongain fournit un grand nombre d’informations sur le marché de la technologie des batteries et ses principaux fabricants. Les entreprises figurant dans le rapport sont les suivantes :
- A123 Systems Inc.
- Automotive Energy Supply Corporation (AESC)
- Aviation Industry Corporation of China (AVIC)
- BYD Company Ltd.
- CBAK Energy Technology Inc.
- Comtemporary Amperex Technology Ltd (CATL)
- GS Yuasa Corporation
- Hefei Guoxuan High-tech Power Energy Co…, Ltd
- Hitachi Chemical Co., Ltd.
- Johnson Controls International Plc.
- LG Chem
- Microvast Inc.
- Panasonic Corporation
- Saft Batteries
- Samsung SDI Co. Ltd.
- TDK Corporation/Amperes Technology Ltd (ATL)
- Tesla Inc.
- Tianjin Lishen Battery Joint-Stock Co, Ltd.
- Tianneng Power International Ltd
- Toshiba Corporation
Les autres noms notables de l’industrie des batteries sont les suivants :
- Arotech Corp (ARTX) développe et distribue des batteries au lithium et au zinc-air et compte l’armée américaine parmi ses clients.
- PolyPore Inc. (PPO) produit des batteries au lithium-polymère hautement spécialisées, principalement pour des utilisations industrielles et médicales.
- Ener1 (OTCMKTS:HEVVQ) est une société d’énergie alternative qui possède une coentreprise majoritaire avec Delphi Automotive (DLPH) pour créer des solutions de batteries pour les véhicules électriques.
- Haydale Graphene Industries PLC (LON:HAYD) est une société britannique qui exploite les nanotechnologies et le matériau graphène pour produire, entre autres, des batteries à base de graphène.
- Applied Graphene Materials (OTCMKTS:APGMF) mène également des recherches pour des applications à base de graphène.
- EnerSys est un pure-play sur les batteries. C’est actuellement le plus grand fabricant de batteries industrielles au monde.
Il y a aussi le Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT). Cet ETF cherche à suivre l’indice Solactive Global Lithium et fournit une exposition à un portefeuille diversifié de sociétés cotées en bourse qui se concentrent principalement sur le lithium, y compris l’exploitation minière du lithium, le raffinage du lithium et l’utilisation du lithium dans la production de batteries. Les principaux titres du FNB LIT en octobre 2018 comprenaient les éléments suivants :
- FMC CORP 18,06%
- ALBEMARLE CORP 17.64%
- SAMSUNG SDI CO LTD 7,40%
- ENERSYS 6,91%
- QUIMICA Y MINERA CHIL-SP 6,62%
- LG CHEM LTD 5.41%
- GS YUASA CORP 4,95%
- PANASONIC CORP 4,60%
- TESLA INC 4,37%
- SIMPLO TECHNOLOGY CO LTD 4,24%
The Bottom Line
Les batteries d’alimentation ont toujours été importantes dans l’ère moderne. Cependant, avec l’avènement de l’informatique mobile et des voitures électriques, leur importance ne fera que croître. À l’heure actuelle, par exemple, les blocs d’alimentation par batterie représentent plus de la moitié du coût d’une automobile Tesla.
En raison de leur importance croissante, la recherche de nouvelles et meilleures batteries rechargeables prend de l’ampleur. Les batteries lithium-air et lithium-métal pourraient s’avérer être l’avancée qui compte. Si ces technologies finissent par porter leurs fruits, investir dans de grandes entreprises impliquées dans la production de batteries, dans des fabricants de lithium-ion pure-play, ou une exposition indirecte via des producteurs de lithium métal peut aider à soutenir la performance future d’un portefeuille.