Basé à Karlushe, en Allemagne, l’institut allemand Fraunhofer (spécialisé dans la recherche en sciences appliquées) a expliqué comment les technologies des batteries allaient évoluer d’ici 2035 (soit juste quand l’union décrètera l’interdiction des ventes de voitures thermiques) et plus particulièrement les batteries solides sur lesquelles les constructeurs – et accessoirement les consommateurs – fondent beaucoup d’espoirs.
L’étude menée par l’institut montre que le développement des batteries lithium-ion aurait atteint aujourd’hui son plein potentiel. Selon les spécialistes, plusieurs améliorations restent bien entendu encore possibles, mais les progrès les plus importants sont derrière nous. Pour l’institut, la véritable révolution viendra des batteries dites « solides », c’est-à-dire dans laquelle l’électrolyte liquide est remplacé par un électrolyte solide.
Dans 10 ans ?
Quand faut-il s’attendre à l’arrivée en masse de ces batteries solides ? D’ici 10 ans répondent les ingénieurs de Fraunhofer. Rappelons encore les principaux avantages de la la batterie solide : elle permet de contourner le phénomène d’échauffement des actuelles batteries lithium-ion ce qui autorise alors d’augmenter la densité énergétique ainsi que la puissance du courant lors de la charge avec, à la clé, une réduction du temps d’attente.
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La différence tient vraiment dans l’électrolyte, car les chimies ne changeront pas fondamentalement par rapport aux batteries lithium-ion actuelles. En effet, le lithium métal et le silicium restent les métaux les plus prometteurs pour la production d’anodes. L’institut considère que les anodes en silicium ont toutefois une densité énergétique un peu moindre, mais que des améliorations sont possibles.
Pour le reste du pack, les cellules nickel, manganèse, cobalt ou nickel, cobalt et aluminium resteraient les plus performants. L’institut allemand reconnaît toutefois que d’autres chimies restent possibles comme lithium phosphate de fer (LFP) dont le coût est inférieur. C’est d’ailleurs précisément les batteries qui Tesla envisage de généraliser sur une partie de ses véhicules.
La difficulté de l’électrolyte solide
On l’a dit, ce qui fait la différence entre les batteries actuelles et les batteries de demain, c’est l’électrolyte. Cependant, les constructeurs et équipementiers peinent à aménager les conditions idéales de production en grande série, car il faut parvenir à créer un environnement propice à un électrolyte qui reste stable, chimiquement inerte et qui possède de bonnes propriétés conductrices. Or la tendance aux fissures est aujourd’hui encore trop marquée.
On considère que 3 types d’électrolytes sont aujourd’hui intéressants pour l’avenir : les électrolytes à oxyde solide (résistantes mécaniquement, mais mauvaise conductrices), les électrolytes solides à base de sulfure (dont la mise au point est encore balbutiante) et les électrolytes solides polymères (les plus faciles à produire, mais avec quelques limites au niveau de la conductivité ionique).
L’avantage est évidemment de passer d’une densité énergétique qui est actuellement de 350 Wh à 1150 Wh, soit trois fois plus. Ce qui signifie donc qu’avec une batterie de 70 kWh donnée pour 450 km aujourd’hui (lithium-ion non solide), on pourrait en parcourir en fait plus de 1.200 (théoriques) avec une batterie solide de la même taille et du même poids. Dans le même espace, on aurait donc une batterie d’une capacité de 210 kWh (lithium ion pas solide, comme aujourd’hui). Une révolution !
Selon l’institut allemand Fraunhofer, la production de ces batteries tant que telle décollera en 2025 pour les électrolytes solides d’oxyde et de sulfure, puis, en 2028 pour les électrolytes polymères. Vivement demain donc même si on se pose toujours la question de savoir si on disposera de suffisamment de matières premières pour assurer les volumes de production nécessaires.
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