La technologie de batterie EV qui vaut le battage médiatique, selon les experts

Des avancées majeures en matière de batteries se produisent apparemment tous les jours, mais seule une partie de cette technologie quitte le laboratoire. WIRED explique ce qui va réellement changer les véhicules électriques et ce qui n’est qu’un rêve.

Vous avez vu les gros titres : Cette avancée technologique en matière de batteries va changer à jamais le véhicule électrique. Et puis… silence. Vous vous dirigez vers la salle d’exposition locale et les voitures se ressemblent toutes.

WIRED s’est énervé de ce phénomène. Nous avons donc discuté avec des experts en technologie des batteries de ce qui se passe réellement dans les batteries des véhicules électriques. Quelles technologies sont ici ? Ce qui le sera probablement, mais ce n’est pas encore le cas, alors ne retenez pas votre souffle ? Qu’est-ce qui n’arrivera probablement pas de si tôt ?

« Il est facile de s’enthousiasmer pour ces choses, car les batteries sont très complexes », explique Pranav Jaswani, analyste technologique chez IDTechEx, une société d’information commerciale. « Beaucoup de petites choses vont avoir un énorme effet. » C’est pourquoi tant d’entreprises, y compris les constructeurs automobiles, leurs fournisseurs et les fabricants de batteries, expérimentent autant de composants de la batterie. Remplacez un matériau conducteur électrique par un autre et l’autonomie d’une batterie de véhicule électrique pourrait augmenter de 50 miles. Repensez la façon dont les batteries sont assemblées, et un constructeur automobile pourrait réduire suffisamment les coûts de fabrication pour donner aux consommateurs une répit sur le lot de ventes.

Pourtant, disent les experts, cela peut prendre beaucoup de temps pour apporter ne serait-ce que de petites modifications aux voitures de production – parfois 10 ans ou plus. « Évidemment, nous voulons nous assurer que tout ce que nous mettons dans un véhicule électrique fonctionne bien et répond aux normes de sécurité », déclare Evelina Stoikou, qui dirige l’équipe de technologie des batteries et de chaîne d’approvisionnement chez BloombergNEF, une société de recherche. Pour garantir cela, il faut que les scientifiques proposent de nouvelles idées et que les fournisseurs trouvent comment les mettre en œuvre ; les constructeurs automobiles, à leur tour, testent rigoureusement chaque itération. Pendant ce temps, tout le monde se pose la question la plus importante : cette amélioration est-elle rentable sur le plan financier ?

Il est donc tout à fait logique que toutes les avancées réalisées en laboratoire ne soient pas concrétisées. Voici ceux qui comptent vraiment – ​​et ceux qui n’ont pas vraiment abouti, du moins jusqu’à présent.

Ça arrive vraiment

Les avancées majeures en matière de batteries ont toutes quelque chose en commun : elles sont liées à la batterie lithium-ion. D’autres compositions chimiques de batterie existent (nous y reviendrons plus tard) mais au cours de la prochaine décennie, il sera difficile de rattraper la forme de batterie dominante. «Le lithium-ion est déjà très mature», explique Stoikou. De nombreux acteurs ont investi beaucoup d’argent dans la technologie, donc « toute nouvelle technologie devra rivaliser avec le statu quo ».

Phosphate de fer et de lithium

Pourquoi c’est excitant: Les batteries LFP utilisent du fer et du phosphate au lieu du nickel et du cobalt, plus chers et plus difficiles à obtenir, que l’on trouve dans les batteries lithium-ion conventionnelles. Ils sont également plus stables et se dégradent plus lentement après plusieurs charges. Le résultat : les batteries LFP peuvent contribuer à réduire le coût de fabrication d’un véhicule électrique, un point de données particulièrement important alors que les véhicules électriques occidentaux ont du mal à rivaliser, en termes de coûts, avec les voitures à essence conventionnelles. Les batteries LFP sont déjà courantes en Chine et devraient devenir plus populaires dans les véhicules électriques européens et américains dans les années à venir.

Pourquoi c’est dur: Le LFP est moins dense en énergie que les alternatives, ce qui signifie que vous ne pouvez pas emballer autant de charge (ou d’autonomie) dans chaque batterie.

Plus de nickel

Pourquoi c’est excitant : La teneur accrue en nickel des batteries lithium-nickel-manganèse-cobalt augmente la densité énergétique, ce qui signifie une plus grande autonomie dans une batterie sans beaucoup plus de taille ou de poids. De plus, plus de nickel peut signifier moins de cobalt, un métal à la fois coûteux et éthiquement douteux à obtenir.

Pourquoi c’est dur: Les batteries avec une teneur plus élevée en nickel sont potentiellement moins stables, ce qui signifie qu’elles présentent un risque plus élevé de fissuration ou d’emballement thermique – incendies. Cela signifie que les fabricants de batteries qui expérimentent différentes teneurs en nickel doivent consacrer plus de temps et d’énergie à la conception minutieuse de leurs produits. Cette agitation supplémentaire signifie plus de dépenses. Pour cette raison, on peut s’attendre à une utilisation accrue du nickel dans les batteries des véhicules électriques haut de gamme.

Processus d’électrode sèche

Pourquoi c’est excitant: Habituellement, les électrodes de batterie sont fabriquées en mélangeant des matériaux dans une suspension de solvant, qui est ensuite appliquée sur une feuille collectrice de courant métallique, séchée et pressée. Le processus d’électrode sèche réduit les solvants en mélangeant les matériaux sous forme de poudre sèche avant l’application et le laminage. Moins de solvant signifie moins de problèmes d’environnement, de santé et de sécurité. Et l’élimination du processus de séchage peut permettre de gagner du temps de production et d’augmenter l’efficacité tout en réduisant l’empreinte physique nécessaire à la fabrication des batteries. Tout cela peut conduire à une fabrication moins chère, « ce qui devrait se traduire par une voiture moins chère », explique Jaswani. Tesla a déjà intégré un processus d’anode sèche dans la fabrication de ses batteries. (L’anode est l’électrode négative qui stocke les ions lithium pendant le chargement d’une batterie.) LG et Samsung SGI travaillent également sur des lignes de production pilotes.

Pourquoi c’est dur: L’utilisation de poudres sèches peut être plus compliquée techniquement.

Cellule à Pack

Pourquoi c’est excitant: Dans la batterie de votre véhicule électrique standard, les cellules individuelles de la batterie sont regroupées en modules, qui sont ensuite assemblés en packs. Ce n’est pas le cas dans le cas du cell-to-pack, qui place les cellules directement dans une structure de pack sans l’étape du module intermédiaire. Cela permet aux fabricants de batteries d’installer plus de batteries dans le même espace, ce qui peut conduire à une autonomie supplémentaire de 50 miles et à des vitesses de pointe plus élevées, explique Jaswani. Cela réduit également les coûts de fabrication, des économies qui peuvent être répercutées sur l’acheteur de la voiture. Les grands constructeurs automobiles, dont Tesla et BYD, ainsi que le géant chinois des batteries CATL, utilisent déjà cette technologie.

Pourquoi c’est dur: Sans modules, il peut être plus difficile de contrôler l’emballement thermique et de maintenir la structure de la batterie. De plus, le remplacement d’une cellule à l’autre rend le remplacement d’une cellule de batterie défectueuse beaucoup plus difficile, ce qui signifie que des défauts plus petits peuvent nécessiter l’ouverture ou même le remplacement de l’ensemble du pack.

Anodes en silicium

Pourquoi c’est excitant: Les batteries lithium-ion ont des anodes en graphite. Cependant, l’ajout de silicium au mélange pourrait avoir d’énormes avantages : plus de stockage d’énergie (ce qui signifie des autonomies plus longues) et une charge plus rapide, potentiellement jusqu’à six à 10 minutes pour recharger. Tesla mélange déjà un peu de silicium dans ses anodes en graphite, et d’autres constructeurs automobiles (Mercedes-Benz, General Motors) déclarent se rapprocher de la production de masse.

Pourquoi c’est dur: Le silicium allié au lithium se dilate et se contracte au cours du cycle de charge et de décharge, ce qui peut provoquer des contraintes mécaniques et même une fracture. Au fil du temps, cela peut entraîner des pertes de capacité de batterie encore plus dramatiques. Pour l’instant, vous êtes plus susceptible de trouver des anodes en silicium dans des batteries plus petites, comme celles des téléphones ou même des motos.

C’est en quelque sorte en train d’arriver

La technologie des batteries dans la catégorie la plus spéculative a subi de nombreux tests. Mais nous n’en sommes pas encore au point où la plupart des constructeurs construisent des chaînes de production et les intègrent dans les voitures.

Piles sodium-ion

Pourquoi c’est excitant : Le sodium, il y en a partout ! Comparé au lithium, l’élément est moins cher et plus facile à trouver et à traiter, ce qui signifie que la recherche des matériaux pour fabriquer des batteries sodium-ion pourrait donner aux constructeurs automobiles une pause dans la chaîne d’approvisionnement. Les batteries semblent également plus performantes à des températures extrêmes et sont plus stables. Le fabricant chinois de batteries CATL a annoncé qu’il commencerait la production de masse de batteries l’année prochaine et que celles-ci pourraient à terme couvrir 40 % du marché chinois des véhicules de tourisme.

Pourquoi c’est difficile : Les ions sodium sont plus lourds que leurs homologues lithium, ils stockent donc généralement moins d’énergie par batterie. Cela pourrait en faire un meilleur choix pour le stockage des batteries que pour les véhicules. Cette technologie n’en est qu’à ses débuts, ce qui signifie moins de fournisseurs et moins de processus de fabrication éprouvés.

Piles à semi-conducteurs

Pourquoi c’est excitant : Les constructeurs automobiles promettent depuis des années que des batteries à semi-conducteurs révolutionnaires seront bientôt disponibles. Ce serait génial, si c’est vrai. Cette technologie remplace les électrolytes liquides ou en gel d’une batterie Li-ion conventionnelle par un électrolyte solide. Ces électrolytes devraient être disponibles dans différentes compositions chimiques, mais ils présentent tous de gros avantages : plus de densité énergétique, une charge plus rapide, plus de durabilité, moins de risques pour la sécurité (pas d’électrolyte liquide signifie pas de fuites). Toyota annonce qu’elle lancera enfin ses premiers véhicules équipés de batteries à semi-conducteurs en 2027 ou 2028. BloombergNEF prévoit que d’ici 2035, les batteries à semi-conducteurs représenteront 10 % de la production de véhicules électriques et de stockage.

Pourquoi c’est dur: Certains électrolytes solides ont du mal à basse température. Toutefois, les plus gros problèmes concernent la fabrication. Assembler ces nouvelles batteries nécessite de nouveaux équipements. Il est vraiment difficile de créer des couches d’électrolyte sans défauts. Et l’industrie n’est pas parvenue à un accord sur l’électrolyte solide à utiliser, ce qui rend difficile la création de chaînes d’approvisionnement.

Peut-être que ça arrivera

Les bonnes idées n’ont pas toujours beaucoup de sens dans le monde réel.

Chargement sans fil

Pourquoi c’est excitant: Garez votre voiture, sortez et rechargez-la pendant que vous attendez : aucune prise n’est requise. La recharge sans fil pourrait être le summum de la commodité, et certains constructeurs automobiles insistent sur le fait que cela arrive. Porsche, par exemple, présente un prototype et prévoit de déployer le vrai l’année prochaine.

Pourquoi c’est dur: Le problème, dit Jaswani, est que la technologie qui sous-tend les chargeurs dont nous disposons actuellement fonctionne parfaitement bien et est beaucoup moins chère à installer. Il s’attend à ce qu’à terme, la recharge sans fil apparaisse dans certains cas d’utilisation restreints, peut-être dans les bus, par exemple, qui pourraient se recharger tout au long de leur itinéraire s’ils s’arrêtent au-dessus d’un socle de recharge. Mais cette technologie pourrait ne jamais devenir vraiment courante, dit-il.