Les annonces de « percées majeures » dans le domaine des batteries sont légion, mais rares sont les technologies qui ont quitté les laboratoires pour intégrer les véhicules électriques. Des experts comme Pranav Jaswani d'IDTechEx et Evelina Stoikou de BloombergNEF ont expliqué à Wired que de petites améliorations bien ciblées peuvent faire toute la différence, mais que leur concrétisation 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 l'épine dorsale de l'ère des véhicules électriques.
Les avancées majeures réalisées jusqu'à présent concernent les batteries lithium-ion. « La technologie lithium-ion est très mature », affirme Evelina Stoikou ; l'ampleur des investissements et la chaîne d'approvisionnement existante rendent difficile pour d'autres technologies de rattraper leur retard au cours de la prochaine décennie. Malgré cela, une simple modification de la composition ou du procédé pourrait augmenter l'autonomie d'environ 80 kilomètres ou réduire suffisamment les coûts de fabrication pour faire baisser le prix d'une voiture, explique Pranav Jaswani.
5 étapes qui peuvent faire une réelle différence
LFP : Réduire les coûts, maintenir la stabilité
Pourquoi c'est important : 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 batteries LFP sont plus stables et se dégradent plus lentement sur de nombreux cycles de charge/décharge.
Avantages potentiels : baisse du coût des batteries et du prix des véhicules, un point particulièrement important face à la concurrence des voitures à essence. La technologie LFP est déjà répandue en Chine et devrait se développer en Europe et aux États-Unis dans les prochaines années.
Inconvénients : Densité énergétique inférieure, autonomie par batterie moindre que d’autres options.
Teneur élevée en nickel dans les NMC : plus de gamme, moins de cobalt
En quoi est-ce important ? Augmenter la teneur en nickel dans les batteries lithium-nickel-manganèse-cobalt accroît leur densité énergétique et leur autonomie sans en augmenter la taille ni le poids. Cela permet également de réduire la quantité de cobalt, un métal coûteux et controversé sur le plan éthique.
Inconvénients : Stabilité réduite, risque accru de fissuration ou d’explosion, conception et contrôle thermique plus rigoureux, entraînant une augmentation des coûts. Plus adapté aux véhicules électriques haut de gamme.
Procédé d'électrode sèche : minimiser l'utilisation de solvants, augmenter l'efficacité de la production
Pourquoi c'est important : Au lieu de mélanger des matériaux avec des solvants puis de les sécher, la technologie des électrodes sèches mélange des poudres sèches avant le revêtement et le laminage. La réduction de l'utilisation de solvants diminue les risques environnementaux, sanitaires et de sécurité ; l'élimination de l'étape de séchage permet de réduire les délais de production, d'accroître l'efficacité et de réduire l'espace de fabrication, ce qui contribue à diminuer les coûts.
État du déploiement : Tesla a déposé une demande pour l’anode ; LG et Samsung SGI testent la ligne.
Défi : Le traitement des poudres sèches est techniquement complexe et nécessite un réglage précis pour stabiliser la production de masse.
Cellule-à-Pack : Profitez du volume, ajoutez environ 80 km
En quoi est-ce important ? En supprimant les modules et en intégrant directement les cellules dans la batterie, on peut en loger davantage dans le même espace. Selon Pranav Jaswani, cette technologie permettrait d’accroître l’autonomie d’environ 80 km et d’améliorer la vitesse de pointe, tout en réduisant les coûts de fabrication. Tesla, BYD et CATL l’utilisent déjà.
Défis : Le contrôle de l'instabilité thermique et de la résistance structurelle est plus difficile sans modules ; le remplacement des cellules défectueuses devient compliqué, nécessitant même l'ouverture ou le remplacement de l'ensemble du cluster.
Anode en silicium : Énergie dense, charge rapide en 6 à 10 minutes
Pourquoi c'est important : L'ajout de silicium à une anode en graphite augmente la capacité de stockage (autonomie accrue) et accélère la charge, qui pourrait se faire en seulement 6 à 10 minutes. Tesla a déjà intégré du silicium dans sa batterie ; Mercedes-Benz et General Motors affirment être sur le point d'entrer en production de masse.
Problème : le silicium se dilate et se contracte de façon cyclique, ce qui engendre des contraintes mécaniques et des fissures, et dégrade sa capacité au fil du temps. Ce phénomène est désormais courant dans les petites batteries, comme celles des téléphones ou des motos.
| Technologie | Principaux avantages | Défi | Statut |
|---|---|---|---|
| LFP | Faible coût, stable, dégradation lente | Faible densité énergétique | Très populaire en Chine ; sa popularité devrait augmenter en UE et aux États-Unis. |
| Haute teneur en nickel (NMC) | Augmenter la densité, réduire le cobalt | Contrôle thermique moins stable et plus coûteux | Convient aux voitures haut de gamme |
| électrode sèche | Réduire les solvants, augmenter l'efficacité, diminuer les coûts | Défis techniques liés à la manipulation des poudres sèches | Tesla (anode) ; LG, Samsung et SGI testés |
| Cellule à pack | Augmenter l'autonomie d'environ 80 km, réduire le coût | Contrôle de la chaleur, difficile à réparer | Applications Tesla, BYD, CATL |
| anode en silicium | Autonomie accrue, charge rapide en 6 à 10 minutes | La dilatation provoque des fissures et une perte de capacité. | Vers la production de masse |
Des technologies prometteuses, mais encore loin du marché
Ion sodium : facile à trouver, peu coûteux, stable à la chaleur
Pourquoi c'est important : Le sodium est bon marché, abondant et plus facile à transformer que le lithium, ce qui réduit 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 .
Défis : Les ions sodium sont plus lourds, ont une densité énergétique plus faible et sont mieux adaptés au stockage stationnaire. Cette technologie est encore balbutiante, avec peu de fournisseurs et peu de procédés éprouvés.
Batteries à semi-conducteurs : haute densité, plus sûres mais difficiles à fabriquer
En quoi est-ce important ? Le remplacement des électrolytes liquides/gélifiés par des électrolytes solides promet une densité énergétique supérieure, une charge plus rapide, une durée de vie accrue et un risque de fuite réduit. Toyota prévoit de commercialiser un véhicule équipé de batteries à l'état solide en 2027 ou 2028. BloombergNEF estime que d'ici 2035, les batteries à l'état solide représenteront 10 % de la production de véhicules électriques et de systèmes de stockage d'énergie.
Défis : Certains électrolytes solides sont peu performants à basse température ; leur fabrication nécessite de nouveaux équipements ; il est difficile de créer des couches d’électrolyte sans défaut ; il n’existe pas de consensus industriel sur le choix de l’électrolyte, ce qui complique la chaîne d’approvisionnement.
Une idée remarquable mais difficile à populariser
Recharge sans fil : confort maximal, obstacle au coût
Pourquoi c'est important : Le stationnement et la recharge sans branchement sont des fonctionnalités que certains constructeurs annoncent comme bientôt disponibles ; Porsche présente un prototype et prévoit de commercialiser une version l'année prochaine.
Défis : D’après Pranav Jaswani, la recharge filaire est désormais efficace et bien moins coûteuse à installer. La recharge sans fil pourrait apparaître dans certains cas particuliers, comme la recharge des bus en cours de route lorsqu’ils sont stationnés sur les quais, mais il est peu probable qu’elle devienne une option courante.
Conclusion : Les attentes sont fondées, mais l'évolution prend du temps.
Les technologies de batteries les plus prometteuses aujourd'hui consistent principalement en des optimisations du système lithium-ion : batteries lithium-ion à oxyde solide (LFP) pour réduire les coûts, batteries à haute teneur en nickel pour augmenter la densité énergétique, électrodes sèches et assemblage de cellules en packs pour diminuer les coûts de fabrication, et anodes en silicium pour accélérer la charge. Parallèlement, les batteries sodium-ion et à l'état solide présentent un potentiel à long terme, mais se heurtent à de nombreux obstacles de production. Comme le soulignent les experts, même des modifications mineures peuvent mettre jusqu'à dix ans avant d'être intégrées aux véhicules électriques ; seules les améliorations répondant aux normes de sécurité et aux critères économiques auront une chance d'être commercialisées.
Source : https://baonghean.vn/5-cong-nghe-pin-xe-dien-dang-ky-vong-trong-thap-ky-toi-10310384.html
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