Le composant invisible qui transforme les batteries des véhicules électriques

L’électrolyte est au cœur du développement des anodes en silicium et des batteries à l’état solide.

Le composant invisible qui transforme les batteries des EV

Photo: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Par: Eleonora Lilli

Traduit par: Emmanuel Rolland

Publié par: Emmanuel Rolland

27 Sep à 11:13

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La batterie d’une voiture électrique n’est pas un simple réservoir d’énergie et, surtout, elle ne reste pas identique indéfiniment. Avec le temps, elle perd une partie de sa capacité, car les ions lithium se déplacent en permanence entre deux électrodes, l’anode et la cathode. Ce mouvement est rendu possible par l’électrolyte, le matériau situé entre les deux, qui peut être liquide, solide ou présenter une consistance intermédiaire.

C’est précisément là que se joue une partie importante de l’avenir des batteries. Les nouvelles technologies, des anodes au silicium aux batteries à électrolyte solide, cherchent aussi à repenser cet élément afin d’obtenir davantage d’autonomie, des recharges plus rapides et une sécurité accrue.

Il ne s’agit toutefois pas d’une révolution qui arrivera du jour au lendemain : certaines solutions auront encore besoin de temps avant d’être produites à grande échelle. Les batteries semi-solides, en revanche, ont déjà commencé à sortir des laboratoires et ont été utilisées sur certaines voitures de série, surtout en Chine.

Pourquoi l’électrolyte détermine les performances d’une batterie

Dans les batteries au lithium actuelles, l’électrolyte liquide transporte les ions entre les électrodes pendant la charge et la décharge. Avec le temps, toutefois, il réagit avec les matériaux environnants et produit des gaz : c’est l’un des mécanismes qui réduit la capacité de la cellule et accélère sa dégradation.

LG Energy Solution, l’un des principaux fabricants sud-coréens de batteries pour véhicules électriques, travaille depuis plusieurs années sur un solvant dépourvu de composants générateurs de gaz, conçu précisément pour limiter ces réactions secondaires. Le solvant de première génération a déjà été développé et l’entreprise travaille sur une deuxième version à la viscosité améliorée, un détail technique qui influe sur la vitesse à laquelle la batterie peut être rechargée.

Des scientifiques travaillent à créer des batteries pour voitures électriques plus durables et plus rapides à recharger.

Photo de : visuel Motor1 Italia (assisté par IA)

Les progrès ne concernent pas seulement les cellules au lithium classiques : les mêmes principes de conception de l’électrolyte s’appliquent à des chimies alternatives, comme les batteries à base de zinc et de chlore ou celles qui utilisent le calcium, où un nouvel électrolyte a permis d’augmenter la densité énergétique en laboratoire.

Anodes au silicium : l’enjeu est la durée de vie, pas seulement l’énergie

Les anodes au silicium promettent de stocker davantage d’énergie à poids égal par rapport au graphite utilisé aujourd’hui dans la plupart des cellules. Le problème est que le silicium se dilate et se contracte fortement à chaque cycle de charge, un stress mécanique qui risque, avec le temps, de rompre la structure de l’électrode.

Un électrolyte conçu sur mesure peut réduire ces dommages en formant une couche protectrice plus stable à la surface du silicium. C’est le même principe qui sous-tend le développement des batteries lithium-ion avec silicène, où la chimie de l’électrolyte est aussi centrale que le matériau de l’anode lui-même.

Électrolytes solides : avantages attendus et obstacles bien réels

Remplacer le liquide par un électrolyte solide éliminerait le risque de fuite et réduirait l’inflammabilité de la cellule, ouvrant la voie à des batteries plus sûres et potentiellement plus denses. Mais des problèmes de contact entre l’électrolyte solide et les électrodes subsistent, de même que la formation de dendrites, des filaments métalliques susceptibles de provoquer des courts-circuits internes.

Au cours des deux dernières années, les premières voitures électriques équipées de batteries à état semi-solide sont arrivées sur le marché, produites encore en volumes limités, surtout en Chine. Par ailleurs, des recherches sont également menées sur des chimies riches en lithium-manganèse, mais LG Energy Solution et l’Université nationale de Séoul, dans une publication récente, ne les présentent pas comme prêtes pour des cellules de grand format destinées aux véhicules.

Dans le même temps, sur le plan industriel, CATL a lancé la production d’essai dans sa nouvelle usine de Debrecen, en Hongrie, sans toutefois préciser si la ligne concerne des cellules dotées d’un électrolyte innovant.