5 technologies de batteries prometteuses pour véhicules électriques pour la prochaine décennie.

Les annonces de « percées majeures dans le domaine des batteries » sont monnaie courante, mais rares sont les technologies qui parviennent à quitter les laboratoires pour intégrer les véhicules électriques. Dans un entretien accordé à Wired, des experts comme Pranav Jaswani (IDTechEx) et Evelina Stoikou (BloombergNEF) expliquent que de petites améliorations bien ciblées peuvent faire toute la différence, mais que leur mise en œuvre prend souvent des années en raison des exigences de sécurité, de la validation de la production et de la viabilité financière.

Les batteries lithium-ion restent la pierre angulaire de l'ère des véhicules électriques.

Les avancées majeures actuelles reposent toutes sur la technologie des batteries lithium-ion. « Le lithium-ion est déjà une technologie très mature », observe Evelina Stoikou ; l’ampleur des investissements et des chaînes d’approvisionnement existantes rendent difficile pour les autres chimistes de rattraper leur retard au cours de la prochaine décennie. Malgré cela, une simple modification de la composition ou du procédé peut permettre d’augmenter l’autonomie d’environ 80 km ou de réduire suffisamment les coûts de production pour faire baisser le prix des voitures, selon Pranav Jaswani.

5 mesures en avant qui peuvent faire une réelle différence.

LFP : Réduire les coûts, maintenir la stabilité.

Pourquoi c'est remarquable :Les batteries lithium-fer-phosphate (LFP) utilisent du fer et du phosphate au lieu du nickel et du cobalt, coûteux et difficiles à extraire. Les LFP sont plus stables et se dégradent plus lentement sur de nombreux cycles de charge/décharge.

Résultats potentiels :La réduction du coût des batteries et du prix des véhicules est particulièrement importante dans un contexte de concurrence accrue entre les véhicules électriques et les voitures à essence. Les batteries lithium-polymère (LFP) ont gagné en popularité en Chine et devraient se répandre en Europe et aux États-Unis dans les prochaines années.

Défi:Une densité énergétique plus faible se traduit par une autonomie plus courte par batterie par rapport à d'autres options.

Teneur élevée en nickel dans les NMC : plus de portée, moins de cobalt.

Pourquoi c'est remarquable :L'augmentation de la teneur en nickel dans les batteries lithium-nickel-manganèse-cobalt accroît leur densité énergétique et élargit leur autonomie sans en augmenter la taille ni le poids. Parallèlement, elle permet de réduire la quantité de cobalt, un métal coûteux et controversé sur le plan éthique.

Défi:Stabilité réduite, risque accru de fissuration ou d'explosion, nécessitant une conception et un contrôle thermique plus rigoureux, ce qui entraîne une augmentation des coûts. Plus adapté aux véhicules électriques haut de gamme.

Procédé à électrode sèche : minimise l’utilisation de solvants, augmente l’efficacité de la production.

Pourquoi c'est remarquable :Au lieu de mélanger les matériaux avec des solvants puis de les sécher, la technologie des électrodes sèches mélange la poudre sèche avant le revêtement et le laminage. La réduction de la quantité de solvant diminue les risques environnementaux, sanitaires et de sécurité ; l’élimination de l’étape de séchage permet de gagner du temps, d’accroître l’efficacité et de réduire l’espace de production, ce qui diminue les coûts.

État du déploiement :Tesla l'a mis en œuvre dans l'anode ; LG et Samsung SGI testent la chaîne de production.

Défi:Le traitement des poudres sèches est techniquement complexe et nécessite un réglage précis pour garantir une production de masse stable.

Cellule-à-Pack : Exploiter le volume, ajoutant environ 80 km d'autonomie.

Pourquoi c'est remarquable :En s'affranchissant du module, l'intégration directe des cellules dans la batterie permet d'en loger davantage dans le même espace. Selon Pranav Jaswani, cette technologie pourrait augmenter l'autonomie d'environ 80 km et améliorer la vitesse de pointe, tout en réduisant les coûts de production. Tesla, BYD et CATL ont déjà mis en œuvre cette technologie.

Défi:Le contrôle de l'instabilité thermique et de l'intégrité structurelle est plus difficile sans modules ; le remplacement des cellules défectueuses devient compliqué, nécessitant parfois même l'ouverture ou le remplacement de l'ensemble.

Anode en silicium : Haute énergie, charge rapide en 6 à 10 minutes.

Pourquoi c'est remarquable :L'ajout de silicium aux anodes en graphite augmente la capacité de stockage (et donc l'autonomie) et accélère la charge, qui pourrait se faire en seulement 6 à 10 minutes. Tesla a déjà intégré du silicium ; Mercedes-Benz et General Motors affirment être proches d'une production de masse.

Défi:Le silicium se dilate et se contracte de façon cyclique, ce qui engendre des contraintes mécaniques et des fissures, entraînant une dégradation de sa capacité au fil du temps. Ce phénomène est fréquent dans les petites batteries, comme celles des téléphones ou des motos.

Ces technologies sont prometteuses, mais encore loin d'être commercialisées.

Ion sodium : facilement disponible, peu coûteux et thermostable.

Pourquoi c'est remarquable :Le sodium est moins cher, plus abondant et plus facile à transformer que le lithium, ce qui contribue à réduire les coûts de la chaîne d'approvisionnement. Les batteries sodium-ion semblent plus stables et performantes même à des températures extrêmes. CATL prévoit de lancer la production en série l'année prochaine, et ces batteries pourraient représenter jusqu'à 40 % du marché chinois des voitures particulières.

Défi:Les ions sodium, plus lourds et ayant une densité énergétique plus faible, sont plus adaptés au stockage statique. Cette technologie est encore émergente, avec peu de fournisseurs et peu de procédés éprouvés.

Batteries à semi-conducteurs : haute densité, plus sûres, mais difficiles à fabriquer.

Pourquoi c'est remarquable :Le remplacement des électrolytes liquides/gélifiés par des batteries solides promet une densité énergétique supérieure, une charge plus rapide, une durabilité accrue et un risque de fuite réduit. Toyota prévoit de commercialiser des véhicules équipés de batteries à électrolyte solide en 2027 ou 2028. BloombergNEF estime que d'ici 2035, les batteries à électrolyte solide représenteront 10 % de la production de véhicules électriques et de systèmes de stockage d'énergie.

Défi:Certains électrolytes solides sont peu performants à basse température ; leur production nécessite de nouveaux équipements ; il est difficile de créer des couches d’électrolyte sans défaut ; l’industrie manque de consensus sur le choix de l’électrolyte, ce qui crée des difficultés dans la chaîne d’approvisionnement.

L'idée est intéressante mais difficile à populariser.

Recharge sans fil : un maximum de confort, mais un coût prohibitif.

Pourquoi c'est remarquable :Le stationnement et la recharge sans fil devraient être disponibles prochainement, selon certains constructeurs ; Porsche présente un prototype et prévoit de lancer une version commerciale l’année prochaine.

Défi:D'après Pranav Jaswani, les chargeurs filaires sont actuellement plus efficaces et moins coûteux à installer. La recharge sans fil pourrait apparaître dans certaines applications spécifiques, comme les stations de recharge pour bus où les passagers s'arrêtent, mais il est peu probable qu'elle devienne une option généralisée.

Conclusion : Les attentes sont raisonnables, mais l'évolution prend du temps.

Les technologies de batteries les plus prometteuses aujourd'hui sont principalement optimisées au sein du système lithium-ion : batteries LFP pour réduire les coûts, haute teneur en nickel pour une densité accrue, électrodes sèches et assemblage cellule-pack pour diminuer les coûts de fabrication, et anodes en silicium pour une charge plus rapide. Parallèlement, les batteries sodium-ion et à électrolyte solide présentent un potentiel à long terme, mais se heurtent à d'importants obstacles de production. Comme le soulignent les experts, même de petites modifications peuvent mettre jusqu'à dix ans avant d'être intégrées aux véhicules électriques ; seules les améliorations répondant aux normes de sécurité et aux impératifs économiques ont une chance d'être commercialisées.