On avait déjà entendu parler de QuantumScape il y a quelques mois. Cette start-up californienne travaillait alors sur la batterie solide, mais, surtout, elle avait reçu la confiance de Volkswagen qui avait investi au capital dans cette jeune pousse.
Et manifestement, l’idée d’investir dans QuantumScape était a priori bonne. Car la start-up vient d’annoncer une avancée majeure dans ses recherches avec la mise au point d’une batterie solide sans anode. Pour rappel, le principe de la batterie solide consiste à remplacer l’électrolyte liquide, qui sert de conducteur aux ions de lithium entre la cathode et l’anode, par un solide. Mais cela nécessite toujours la présence d’une cathode et d’une anode. Mais pas chez QuantumScape qui se passe en fait de l’anode directement intégrée dans la cellule. L’approche de la start-up est plutôt de « former » une anode au moment des recharges. De ce fait, les ions de lithium se déposent directement sur le collecteur de courant, à l’extrémité de la cellule. Elle est donc créée directement à l'intérieur de la batterie au lieu d'être incluse comme un composant séparé.
Quels avantages ?
Mais pourquoi se passer d’anode ? Et bien les raisons sont multiples et toutes très intéressantes. En effet, parmi les composants traditionnels d’une batterie lithium-ion (anode, cathode et électrolyte), l’anode est clairement l’élément le plus problématique, à la fois pour l’environnement, mais aussi dans la complexité de fabrication. L’anode est généralement de graphite, un matériau stable et durable, mais qui est aussi limitatif en termes de charge rapide et de densité énergétique. En outre, le graphite vient essentiellement de Chine et son traitement nécessite l’usage de nombreux solvants toxiques. Il faut noter que les industriels utilisent de plus en plus le silicium pour les anodes, mais là aussi, la solution n’est pas optimale, car ces composants sont coûteux tandis que leur longévité et leur stabilité sont inférieures à ceux d’une anode en graphite.
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Pour QuantumScape, l’élimination de l’anode qui permettrait de faire un grand pas en termes de coût, d'énergie par masse et d'énergie par volume. L’anode est aussi un élément pénalisant du niveau du poids de la batterie. En effet, celle-ci est constituée d’une épaisse couche de carbone qui augmente sensiblement la masse de la cellule. De ce fait, s’en passer optimisera aussi le poids de l’ensemble du pack.
Quelles performances ?
En pratique, lors de la toute première charge de la cellule, les ions de lithium iront se déposer sur le collecteur de courant, ce qui formera naturellement une anode. Ce procédé permet naturellement aussi de réduire les coûts de fabrication de 15 à 20%, mais aussi, selon QuantumScape, d’améliorer la densité énergétique du pack.
Si l’on en croit les chercheurs, une batterie solide à anode présente une capacité de moyenne de 500 Wh/kg, mais le modèle de QuantumScape porterait cette valeur à 800 Wh/kg – actuellement, les batteries traditionnelles tournent autour des 300 Wh/kg. Les avancées de la start-up californienne sont intéressantes à plus d’un titre, mais, comment, souvent, cela ne signifie pas une voiture électrique dotée de cette technologie dès l’an prochain. Car il y aura encore de nombreux défis à relever, comme celui déjà de pouvoir concevoir un électrolyte solide fiable sur le long terme, c’est-à-dire débarrassés de ses dendrites qui peuvent entraîner des courts-circuits dans l’électrolyte. Chaque chose en son temps...
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