Batteries à état solide - Elles pourraient bien tout changer !

Les batteries solides peuvent changer la donne pour les voitures électriques : voici les avantages et les limites de cette technologie.

Georgia Institute of Technology: le batterie allo stato solido

Par: Francesco Barontini

Traduit par: Mael Pilven

Mise à jour: 14 Oct 2021 à 15:03

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Nombreux sont ceux qui pensent que les batteries à l'état solide vont radicalement changer le monde de la voiture électrique. Il y a deux raisons principales à cela : ils auront une densité énergétique plus élevée et se chargeront plus rapidement. Elles seront également plus sûres, car moins inflammables, ce qui amènera les constructeurs automobiles à gagner du poids et de l'espace pour le système de refroidissement et d'autres accessoires.

Mais à quoi ressemblent exactement les batteries à l'état solide et où en est-on avec ce type de technologie ? Quels sont les principaux obstacles à leur utilisation généralisée ? Clarifions les choses.

Question d'électrolyte

Le fonctionnement d'une batterie lithium-ion est bien connu, du moins dans ses aspects fondamentaux. Les électrons qui se déplacent de l'anode (pôle positif) à la cathode (pôle négatif) peuvent "voyager" entre les deux pôles via un électrolyte : une substance capable de conduire un courant électrique.

Dans les batteries actuelles, l'électrolyte est liquide, mais à l'avenir, il pourrait être solide. Il remplira la même fonction, mais l'état différent apportera tous les avantages décrits ci-dessus en termes de performance et de sécurité. Cette technologie est déjà mature, et est utilisée dans certains créneaux tels que les stimulateurs cardiaques (mais pas seulement).

Georgia Institute of Technology: le batterie allo stato solido

Les avantages de l'état solide

Les batteries à électrolyte liquide deviennent chaudes pendant les cycles de charge et de décharge et, pour des raisons de sécurité, nécessitent une gestion thermique plus attentive. Un électrolyte solide, en revanche, est moins sensible à la chaleur. C'est précisément cette plus grande capacité à résister à des températures élevées qui permet aux fabricants d'augmenter la puissance de charge et la densité énergétique sans compromettre la sécurité.

En outre, précisément en raison de la densité énergétique plus élevée, il sera possible de créer des batteries offrant une plus grande autonomie pour la même taille et le même poids que les batteries actuelles. Ou, à l'inverse, des batteries plus petites et plus légères capables de fournir la même autonomie que les voitures électriques déjà sur le marché. Quoi qu'il en soit, nous ne pouvons qu'encourager la diffusion de la mobilité sans émission.

Les obstacles à surmonter

Si la technologie des semi-conducteurs est déjà bien connue, le principal obstacle est la mise en place de lignes de production à fort volume. Principalement parce qu'il est loin d'être facile de créer un électrolyte solide qui soit stable, chimiquement inerte et possède de bonnes propriétés conductrices.

Tesla Giga Shanghai: produzione di batterie

Les électrolytes solides ont tendance à se dilater pendant l'utilisation, ce qui peut entraîner des fissures et une perte de performance. En outre, ils entraînent souvent la formation de dendrites : de petites excroissances qui sapent l'intégrité de l'anode, réduisant ainsi considérablement la durée de vie moyenne de la batterie elle-même.

En outre, à l'heure actuelle, les batteries à l'état solide sont (beaucoup) plus coûteuses à produire. Les experts affirment qu'elles peuvent coûter jusqu'à huit fois plus cher que les batteries lithium-ion classiques. Un autre défi majeur pour ceux qui veulent produire des batteries à l'état solide sera de le faire en utilisant des méthodes hautement standardisées similaires à celles utilisées pour les batteries lithium-ion "traditionnelles".

Essayer de les construire

Quoi qu'il en soit, malgré des difficultés évidentes, nombreux sont ceux qui investissent dans la production de batteries à l'état solide, qui pourraient changer la donne en matière de mobilité sans émissions. Les experts disent qu'ils arriveront dans environ cinq ans, mais d'autres promettent qu'ils seront prêts d'ici 2024.

Solid Power: piattaforma e batterie allo stato solido

Toyota est l'un des fabricants les plus actifs dans le domaine des batteries à l'état solide. Il y travaille seul et aussi avec une équipe spéciale travaillant avec Panasonic. Il promet de les mettre sur le marché en 2025.
Volkswagen fait de même, en travaillant avec QuantumScape, qui est largement reconnue comme étant la société la plus avancée dans le développement de cette technologie. Les batteries à l'état solide de la société allemande devraient atteindre une densité énergétique supérieure de 30 % à celle d'aujourd'hui et se recharger de 0 à 80 % en un peu plus de 10 minutes.
Stellantis a conclu un partenariat avec Total, avec qui elle a également créé une entreprise commune pour la production de batteries, et travaille avec CATL. Les experts du groupe fusionné PSA et FCA estiment que ce type de batterie sera prêt en 2026.
Ford et BMW ont investi d'importantes sommes d'argent dans la start-up Solid Power, qui promet des densités jusqu'à 50 % supérieures et une réduction de 40 % des coûts de production d'ici le milieu de la décennie.
Hyundai répond par des travaux de recherche conjoints avec SolidEnergy Systems, dont les fruits seront visibles dans la seconde moitié de la décennie.

En plus de ces initiatives, le monde regorge de constructeurs automobiles et d'entreprises spécialisées dans la production de batteries à l'état solide. Il s'agit notamment de Tesla et Samsung, pour n'en citer que deux, qui travaillent indépendamment sur des batteries à électrolyte solide.

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