La tendance vers l'électrification des véhicules pointe vers le haut et vers la droite, même si sa pente n'est pas constante. Les ingénieurs électriciens et chimistes travaillent donc d'arrache-pied pour rendre la mobilité électrique aussi sûre, pratique et sans souci que l'est aujourd'hui la conduite à combustion. Voici un aperçu des technologies qui devraient émerger dans les mois, les années et les décennies à venir.
Aujourd'hui
Le lithium-fer-phosphate poursuivra sa montée en flèche en termes de parts de marché mondiales, passant de 6 % en 2020 à 30 % en 2022. La densité énergétique est d'environ 30 à 60 % inférieure à celle des composés nickel-manganèse-cobalt courants, mais elle est plus sûre et les matériaux abondamment disponibles améliorent à la fois le coût et la durabilité.
La batterie Gemini de Our Next Energy est une solution prometteuse qui combine les deux. Elle est composée de nouvelles cellules nickel-manganèse à forte densité énergétique mais à durée de vie réduite, qui fonctionnent en parallèle avec des cellules LFP qui se chargeront à 100 % chaque jour. Les cellules LFP seraient utilisées pour la conduite quotidienne, tandis que les autres interviendraient lors de longs trajets occasionnels. Des problèmes financiers ont retardé la production, mais un partenariat stratégique avec Foxconn devrait permettre de la remettre sur les rails.
Un passage de l'emballage des cellules dans des modules (puis de l'emballage de ces modules dans un autre boîtier) à cellule à emballage L'assemblage promet une densité énergétique améliorée, en particulier lors de l'utilisation de batteries cylindriques ou de type poche plus économes en espace.
Les batteries à semi-conducteurs sont « à venir » depuis toujours, mais l’éternité est enfin là puisque la berline chinoise IM Motors L6 est sur le point de devenir le premier véhicule de série à utiliser une configuration à semi-conducteurs, avec un pack de 130 kWh capable de parcourir 1000 kilomètres sur le cycle chinois (peut-être plus de 600 kilomètres selon les normes de l’EPA). IM Motors affirme utiliser un « électrolyte à l’échelle nanométrique » breveté avec « une conductivité ionique élevée et une résistance à haute température ». Il indique également que la cathode de la batterie est recouverte de nickel, tandis que l’anode est fabriquée à partir d’un « matériau composite silicium-carbone à haute énergie spécifique ». Elle prend également en charge une charge de 400 kW qui pourrait ajouter jusqu’à 400 kilomètres d’autonomie en seulement 12 minutes.
Des entreprises comme QuantumScape, Solid Power et Toyota se préparent également à produire des batteries à l'état solide à court terme. Nous suivons également le développement en cours de la cellulose de cuivre en tant que matériau d'électrode à l'état solide hautement durable.
Demain
Les innovations en matière de batteries nécessitent des années de développement. En voici quelques-unes qui pourraient achever ce processus d'ici 10 ans, à commencer par de nouvelles compositions chimiques.
Lyten fait des progrès en matière de commercialisation du lithium-soufre. Un atome de soufre peut accueillir deux ions lithium, alors qu'il faut plus d'une molécule NMC pour capturer un ion lithium. Cela améliore considérablement la densité énergétique. Et la cathode en graphène innovante de Lyten a peut-être résolu un problème d'épuisement du soufre qui entravait initialement la durée de vie du cycle. Elle a expédié des échantillons de production en ligne pilote aux constructeurs automobiles.
L'ion sodium est encore moins cher que le LFP, mais avec 80 % de la densité énergétique déjà inférieure du LFP, on s'attend à ce qu'il ne soit utilisé dans l'automobile que dans les applications les plus légères et les moins chères, dans les batteries automobiles de 12 volts et peut-être dans les batteries à double ion.
De nouveaux matériaux d'électrodes sont également à l'horizon. Les batteries actuelles utilisent généralement un matériau actif de cathode à base d'oxyde métallique (CAM) comme l'oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt ou le phosphate de lithium-fer. Les matériaux actifs d'anode qui collectent ces ions pendant la charge sont souvent du graphite à base de carbone. Le silicium attire davantage d'ions lithium mais se dilate physiquement au cours du processus, ce qui peut endommager la cellule.
Les anodes en nanofils de silicium promettent de fournir un stockage d'énergie plus élevé tout en gonflant moins, mais leur coût reste excessif. Les anodes en métal lithium participent au processus chimique, améliorant la densité énergétique, mais les revêtements empêchant la formation de « moustaches » métalliques qui peuvent court-circuiter la cellule doivent être davantage développés.
Les batteries bipolaires promettent une meilleure densité énergétique en empilant les cellules et en connectant directement une anode à la cathode suivante, comme des piles empilées dans une lampe de poche, au lieu que chacune ait son propre boîtier et sa propre connexion externe. Toyota (qui a produit des batteries NiMH bipolaires) affirme qu'une future batterie LFP bipolaire augmentera l'autonomie de 20 % et réduira le coût de 40 % par rapport à la batterie alimentant son véhicule électrique bZ4X actuel.
Dans une nouvelle batterie à double ion (DIB), au lieu que les ions positifs effectuent tout le travail de migration de la cathode à l'anode pendant la charge et inversement pendant la décharge, la cellule utilise à la fois des cations positifs et des anions négatifs. La charge collecte les cations sur l'anode et les anions sur la cathode, tandis que la décharge les dissocie dans l'électrolyte. Les deux électrodes peuvent être à base de fibre de carbone, ou l'une d'elles peut être en aluminium (ouvrant la porte aux batteries structurelles). Les avantages comprennent une charge extrêmement rapide, une tension, une densité de courant par zone et une densité énergétique plus élevées, la durée de vie du cycle étant le plus grand défi restant.
Le futur lointain
Toutes ces avancées devraient contribuer à améliorer la densité énergétique, les temps de charge, les coûts et la sécurité, ce qui, avec une infrastructure plus mature, rendra les déplacements en ville et les voyages en voiture électrique aussi banals qu'ils le sont aujourd'hui dans les camionnettes familiales à essence. Nous soutenons également les scientifiques qui travaillent dur pour réaliser la percée qui permettrait de commercialiser la fusion nucléaire commerciale, résolvant ainsi une fois pour toutes nos difficultés en matière d'électricité durable.
