Les batteries à l’état solide sont en route

Les batteries à l’état solide pourraient bouleverser le marché des véhicules électriques (VÉS), promettant un stockage d’énergie plus sûr, plus petit et plus dense en énergie, permettant ainsi aux fabricants de voitures et camions électriques d’offrir une plus grande autonomie à moindre coût.

Les scientifiques encore sceptiques

Toyota annonce ces batteries en concession d’ici 2027-2028. « La technologie fonctionne à petite échelle, mais l’augmenter aux capacités nécessaires pour les voitures est un défi », a déclaré Andrew Colclasure, un scientifique en recherche sur les batteries au National Renewable Energy Laboratory à Golden au Colorado.

Pourquoi les batteries à état solide ?

L’objectif est de développer une batterie pour VE qui puisse offrir une grande autonomie, des temps de charge ultra-rapides et une durée de vie plus longue que les batteries actuelles. Les batteries à état solide peuvent accomplir tout cela. Elles sont appelées « à état solide » car leur électrolyte — le composant qui transfère les particules chargées, ou ions, entre les électrodes de la batterie — est fait de matière solide, contrairement aux électrolytes liquides des batteries lithium-ion actuelles.

Avantages et promesses de l’état solide

• Les batteries à lithium à état solide sont beaucoup plus denses en énergie que les batteries à électrolyte liquide. Elles peuvent emmagasiner la même quantité d’énergie dans un ensemble beaucoup plus petit et plus léger ou, dans un boîtier de même taille, fournir plus d’énergie, ce qui se traduit par une autonomie bien plus grande.
• En éliminant les solutions d’électrolyte liquide hautement inflammables, la technologie à état solide améliore également la sécurité des VE et permet des temps de charge plus rapides.
• L’objectif de l’industrie est de réduire à moins de 15 minutes le temps de charge des batteries offrant environ 480 kilomètres (300 miles) d’autonomie. Les batteries à état solide pourraient permettre d’atteindre cet objectif, se rapprochant ainsi de la session de recharge idéale pour VE, qui ne durerait pas plus longtemps qu’un arrêt dans une station-service pour les voitures et camions à moteur à combustion classique.

Défis à surmonter

La science existe déjà. Les batteries à état solide alimentent déjà des dispositifs médicaux, des produits RFID et des montres intelligentes. Cependant, augmenter la taille de la batterie et la rendre assez robuste pour survivre à l’environnement automobile exige beaucoup plus de développement et de production.

• Parmi les défis majeurs, on trouve la dégradation des électrodes de la batterie, la réduction de la complexité de fabrication et l’établissement d’une chaîne d’approvisionnement sécurisée et stable. Les batteries à état solide utilisent les mêmes chimies que les batteries lithium-ion conventionnelles et sont donc soumises aux mêmes contraintes en matières minérales critiques.
• Un problème de fiabilité majeur réside dans la tendance des batteries à état solide avec des anodes en graphite — le type le plus courant — à former des structures en forme d’aiguilles appelées dendrites lorsque le lithium se déplace vers l’anode depuis la cathode. Les dendrites peuvent s’accumuler et croître dans le métal de lithium qui recouvre l’anode à chaque cycle de charge, l’affaiblissant et risquant de court-circuiter la cellule en perçant la barrière séparant l’anode et la cathode.
• Un deuxième problème est que le matériau de l’électrolyte utilisé pour les batteries à état solide a tendance à se fissurer, gonfler et se désagréger à mesure que le nombre de cycles de charge augmente. La fabrication et le maintien de l’électrolyte sous haute pression est la solution la plus courante, mais cela nécessite un équipement de fabrication extrêmement sophistiqué et coûteux.

Nombreux joueurs

Toyota coopèrent sur le développement des batteries à état solide depuis 2013 et ont récemment ciblé la sortie d’une batterie de qualité commerciale pour 2027 ou 2028.C’est quelques années après leur objectif initial de 2025, mais toujours plus tôt que les autres objectifs annoncés pour une production commerciale en faible volume.

Une production réduite au départ

Toyota précise qu’élaborer une batterie prête pour le marché ne signifie pas en produire immédiatement en masse. Ce n’est qu’après que le partenariat aura produit des batteries à état solide de qualité commerciale qu’il commencera à augmenter une chaîne d’approvisionnement et les installations nécessaires à la production de masse. D’autres constructeurs automobiles, dont BMW, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, Mercedes-Benz, Nissan, Stellantis et Volkswagen, travaillent également avec des partenaires de développement de batteries sur les batteries à état solide. Nissan a annoncé un objectif de production de masse pour 2028 et Honda a fixé un objectif de 2030 pour son premier produit de qualité commerciale, avec une production de masse à suivre.

Avec des renseignements d’Automotive News