Batteries solides : et si c’était LA solution ?

Batteries solides : et si c’était LA solution ?

© Solid Power

La plupart des véhicules électriques et hybrides reposent sur des moteurs électriques alimentés par des batteries lithium-ion. Or, avec l’essor de cette mobilité branchée, les industriels automobiles lorgnent vers de meilleures solutions comme les batteries solides. Malheureusement, la croissance de ce marché pourrait se voir limitée par un processus de fabrication complexe.
Actuellement, les batteries des voitures électrifiées utilisent principalement la technologie lithium-ion, du genre de celle que l’on retrouve dans nos smartphones et nos ordinateurs portables (entre autres appareils). Omniprésentes dans notre quotidien, leurs accumulateurs li-ion affichent néanmoins un impact environnemental de plus en plus problématique puisque l’extraction du lithium requiert une quantité astronomique d’eau douce. Se pose également la question du recyclage de ces batteries, à la durée de vie moyenne d’une décennie. Face à ces freins, nombre de regards se tournent désormais vers des énergies alternatives ou des produits plus innovants tels que les batteries solides.
Celles que l’on nomme aussi batteries à semi-conducteurs – ce qui n’a cependant rien à voir avec la pénurie mondiale de puces électroniques – constituent en effet un changement de paradigme en matière de technologie. Pour bien le comprendre, revenons aux rudiments de la batterie : cette dernière se compose d’un ou plusieurs éléments, chacun doté d’une électrode positive (la cathode), d’une électrode négative (l’anode), d’un séparateur et d’un électrolyte. Selon les matières utilisées pour ces éléments, les propriétés de la batterie différeront et l’impact sur la quantité d’énergie stockée, la puissance fournie ou le nombre de cycles de charges réalisables ne sera pas le même. Dans le cas des batteries lithium-ion (ou Li-ion), les ions se déplacent d’une électrode à l’autre par le biais de l’électrolyte liquide. Pour les batteries tout-solide, cet électrolyte liquide est remplacé par un composé inorganique solide « qui peut être soit une céramique soit un polymère », souligne Mathieu Morcrette, ingénieur de recherche et directeur du LRCS (Laboratoire de réactivité et chimie des solides) au CNRS.
Mais quels en sont les avantages ? « Dans les batteries Li-ion, les électrolytes sont des carbonates inflammables qui peuvent être à l’origine de problèmes de sécurité. Les batteries tout-solide sont donc beaucoup plus sûres car elles peuvent intégrer des matériaux tels que le lithium métal permettant ensuite des gains sur les densités d’énergie », expose Mathieu Morcrette. Capables de supporter des puissances de charge plus élevées, elles offrent aussi un gain de poids de batteries. Or, cela signifie plus d’autonomie. « L’autonomie et la sécurité, c’est donc sur ces deux points qu’il peut y avoir des avancées plus qu’une révolution », prédit Mathieu Morcrette.

Des constructeurs survoltés

Compte tenu de ces bénéfices, cette technologie intéresse de plus en plus de constructeurs parmi lesquels les groupes Stellantis et Mercedes-Benz (ex-Daimler) associés à Factorial Energy ou encore Toyota qui, avec une équipe dédiée de Panasonic, entend mettre ses propres batteries solides sur le marché en 2025. Travaillant en collaboration avec QuantumScape, la marque Volkswagen prévoit quant à elle que ses batteries solides pourront se recharger de 0 à 80 % en un peu plus de 10 minutes. Ford et BMW, de leur côté, ont amplement investi dans la start-up Solid Power alors que Hyundai a lancé des recherches conjointes avec SolidEnergy Systems.
Enfin, le Chinois Nio a présenté, en janvier 2021, sa berline ET7 équipée d’une batterie de 150 kWh tandis que Tesla et Samsung œuvrent eux aussi sur des batteries à électrolyte solide. Néanmoins, comme l’avance Mathieu Morcrette, il y aurait des champs d’implantation autres que l’industrie automobile pour cette innovation, « les mêmes que ceux qui ont été envahis par la batterie Li-ion. »

Une production de masse viable ?

Quant à savoir quand s’opérera la bascule et à quelle date les batteries solides supplanteront les batteries lithium-ion, « impossible de le dire malheureusement », admet Mathieu Morcrette. D’autant qu’il reste certains obstacles à leur production d’ampleur. « Sur la version céramique, il reste des verrous à propos de leurs performances et des équipements pour les produire mais la recherche académique est mobilisée pour résoudre ces problèmes », affirme-t-il. Il faut dire que, comme pour l’impression 3D dans le domaine automobile, la mise en place de lignes de production à fort volume pourrait s’avérer complexe, principalement en raison des coûts de fabrication élevés. Selon certains experts, elles pourraient ainsi valoir jusqu’à huit fois plus cher que les batteries lithium-ion classiques.

Retrouvez l'intégralité de cette enquête dans le n°274 de L'Automobile & L'Entreprise

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