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Aug 19, 2023

Sera solide

Des décennies de travail acharné ont été consacrées à l’amélioration de la technologie des batteries lithium-ion (li-ion). Même si les performances se sont améliorées et les coûts ont diminué, les progrès n’ont pas réussi à éliminer l’anxiété liée à l’autonomie.

Des décennies de travail acharné ont été consacrées à l’amélioration de la technologie des batteries lithium-ion (li-ion). Même si les performances se sont améliorées et les coûts ont diminué, les progrès n’ont pas réussi à éliminer l’anxiété liée à l’autonomie. Les batteries à semi-conducteurs seront-elles capables de faire cela ?

Particulièrement répandue chez les conducteurs de « nouveaux » véhicules électriques (VE), l’anxiété liée à l’autonomie est un problème aux causes multiples. Ceux-ci incluent le manque flagrant d’infrastructures de recharge publiques et les performances décevantes de la technologie actuelle des batteries Li-ion. Le prix est également un facteur : pourquoi passer à l’électrique si cela s’accompagne d’une anxiété en matière d’autonomie et d’un prix autocollant plus élevé ?

Selon l'Association internationale de l'énergie, la moyenne mondiale pour un nouveau véhicule électrique à batterie en 2021 était d'un peu plus de 36 000 dollars, soit une baisse de 7 % par rapport à 2020. Le prix d'un nouveau véhicule électrique hybride rechargeable (PHEV) est resté stable à 51 000 dollars. Malgré l'afflux de modèles de véhicules électriques chinois moins chers, le prix moyen pondéré en fonction du volume (VWAP) des véhicules électriques devrait être d'environ 52 800 dollars pour l'ensemble de 2023, indique Statista.

Une grande partie du prix d’un véhicule électrique est constituée par la batterie. Une technologie différente pourrait-elle offrir des améliorations à la fois en termes de prix et de gamme ? Pensez aux batteries à semi-solides (SSSB) et à leurs cousines, les batteries semi-solides (SSSB).

Une batterie au lithium est constituée d'une cathode et d'une anode, séparées par un électrolyte liquide, permettant aux électrons de la traverser, permettant ainsi la production d'énergie pour les véhicules électriques. Par rapport aux batteries Li-ion, une SSB utilise un électrolyte solide, qui joue également le rôle de séparateur. Les SSB offrent une stabilité améliorée avec une structure solide et une bien meilleure sécurité grâce au maintien de leur forme même lorsqu'ils sont endommagés. Les SSB présentent des différences critiques par rapport aux batteries Li-ion :

Source : Batterie Flash

Le cycle de vie des SSB est également beaucoup plus long, certains SSB montrant le potentiel de maintenir 90 % de leur capacité après 5 000 cycles, selon Topspeed (pour le lithium-ion conventionnel, la durée de vie est comprise entre 2 000 et 3 000 cycles, mais le lithium-fer batteries au phosphate, LiFePO4 ou LFP, portez ce chiffre à 4 000).

Selon John B. Goodenough, co-développeur de la technologie des batteries Li-ion, et la chercheuse Maria H. Braga, les « batteries à semi-conducteurs en verre » peuvent offrir trois fois la densité énergétique en utilisant une anode en métal alcalin (lithium, sodium). ou potassium) et un cycle de vie plus long. De plus, un SSB utilisant des électrolytes de verre peut fonctionner à des températures aussi basses que -20°C.

Utilisés dans divers appareils tels que les montres intelligentes et les stimulateurs cardiaques, les SSB ont nécessité un processus approfondi pour être prêts pour l'industrie des véhicules électriques. Les SSB ont une importance inévitable pour les véhicules électriques, prêts à ouvrir une nouvelle ère dans l’industrie. Plus important encore, l’émergence des SSB marquera la fin définitive des moteurs à combustion interne (ICE), qui devraient devenir inutiles lorsque les batteries Li-ion et SSB seront largement adaptées, probablement au début des années 2030.

Les SSB augmenteront considérablement la portée des véhicules électriques, offrant le double du kilométrage pour près de la moitié du prix par rapport aux batteries Li-ion. Avec de nombreux équipementiers intéressés par cette technologie, l'autonomie moyenne d'un véhicule électrique devrait atteindre 1 000 à 1 200 km et pourra se recharger en seulement 10 minutes, selon Toyota.

Sans surprise, presque tous les grands constructeurs automobiles s’intéressent aux batteries de nouvelle génération, et certains travaillent déjà beaucoup sur les SSB.

Le prototype SSB de Toyota. Source : Toyota

Parallèlement aux SSB, la technologie des batteries semi-solides a été développée depuis un certain temps, dirigée par M24. Une batterie semi-solide possède une électrode avec un électrolyte liquide et une sans. Les batteries semi-solides petites, stables et plus sûres ont également une densité énergétique plus élevée et sont moins chères que les batteries Li-ion. Des drones aux appareils portables intelligents, les batteries semi-solides offrent un large éventail de domaines d'utilisation, y compris les véhicules électriques.

En 2015, 24M a annoncé une nouvelle conception de cellule de batterie au lithium semi-solide qui réduirait les coûts d'environ 50 %. Quatre ans plus tard, 24M a annoncé la technologie Dual Electrolyte, présentée comme une couche d'amélioration à ajouter au LFP pour le stockage et aux batteries NMC pour les applications de mobilité. En 2022, 24M a déclaré avoir simplifié la conception des batteries Li-ion, réduisant le besoin en matériaux inactifs jusqu'à 80 %, les coûts 40 % et fournissant des cellules Li-ion avec une densité énergétique comprise entre 400 et 500 Wh/kg, spécialement conçues pour les batteries Li-ion. pour l'industrie aéronautique. La solution de 24M fait référence à d'autres marchés, notamment les véhicules électriques et le stockage d'énergie.