L'avenir des batteries pour véhicules électriques passe par la diversité des options
Quelle avancée dans le domaine des batteries permettra aux véhicules électriques de dominer le marché ?
L'industrie automobile opère une transition radicale des moteurs à combustion interne vers la motorisation électrique. Si cette transition connaît un ralentissement, le développement de batteries nouvelle génération se poursuit à un rythme soutenu. Chaque semaine, des avancées dans le domaine des batteries à l'état solide, sodium-ion ou métal-air sont annoncées. L'une de ces innovations sera-t-elle celle qui permettra aux véhicules électriques (VE) de dominer le marché, ou verra-t-on plutôt une combinaison d’une multitude de solutions ?
Le lithium-ion est actuellement le choix privilégié des constructeurs automobiles, mais son utilisation dans les véhicules se heurte à de nombreuses limites. L'autonomie, le prix, la vitesse de charge, la durée de vie et les problèmes d'exploitation minière et de sécurité continuent d'entraver l'utilisation du lithium-ion dans les VE. Les développeurs œuvrent à éliminer ces contraintes tout en explorant d'autres chimies de batteries.
Batteries solides, l'option la plus sûre
Les batteries à l'état solide répondent à un problème essentiel : la sécurité des électrolytes liquides utilisés dans les batteries lithium-ion. Ces électrolytes présentent un risque d'inflammabilité en cas d'accident ou de surchauffe. Les batteries à l'état solide remplacent le liquide par un polymère solide (ou un électrolyte céramique), offrant ainsi une stabilité thermique supérieure. Les batteries à électrolyte solide présentent également une plus grande capacité de stockage de l'énergie et les électrolytes solides permettent aux VE de se recharger beaucoup plus rapidement. En outre, les batteries solides offrent une durée de vie plus longue que les batteries lithium-ion en raison du risque réduit de formation de dendrites.
Ces bénéfices ont attiré l’attention et des investissements considérables d'entreprises telles que Toyota et Samsung, qui visent une commercialisation d'ici la fin de la décennie. Toutefois, les batteries à l'état solide doivent encore relever un certain nombre de défis.
La fabrication de batteries solides est actuellement un processus complexe et coûteux. L'augmentation de la production en vue d'une adoption massive dépendra de la capacité du secteur à faire baisser les coûts de production. Par ailleurs, des obstacles techniques subsistent en ce qui concerne l'optimisation de la conductivité et la compatibilité avec les matériaux d'électrodes. Malgré ces obstacles, les batteries solides ont le potentiel pour répondre aux préoccupations des consommateurs vis-à-vis de l'autonomie des VE et pour améliorer considérablement l'expérience de charge, un facteur déterminant pour l'adoption à grande échelle des VE.
Sodium-Ion, l'option économique
Les batteries sodium-ion sont également une option prometteuse pour les VE. Le sodium est nettement moins cher et plus abondant que le lithium utilisé dans les batteries lithium-ion. Cela permet de réduire les coûts de production des batteries. L'abondance du sodium réduit également la dépendance à l'égard de l'extraction du lithium qui pose des problèmes environnementaux et éthiques. Les batteries sodium-ion conservent remarquablement bien leurs performances à basse température, ce qui en fait une option idéale pour les régions aux hivers rigoureux, contrairement aux batteries lithium-ion dont l'efficacité est réduite par temps froid.
Cependant, les batteries sodium-ion ont aussi leurs propres limites. La densité énergétique des batteries sodium-ion est actuellement inférieure à celle des batteries lithium-ion, ce qui se traduit par une autonomie plus faible. En outre, les batteries sodium-ion ont généralement une vitesse de charge inférieure à leurs homologues lithium-ion. Cela pourrait considérablement refroidir les consommateurs qui ont besoin d'une recharge plus rapide. Comme il s'agit d'un domaine de recherche plus récent, des innovations supplémentaires seront nécessaires pour optimiser les performances des batteries sodium-ion.
Dans l'ensemble, les batteries sodium-ion offrent une alternative rentable et durable pour des segments spécifiques du marché des VE. Des entreprises telles que BYD, CATL et Faradion investissent dans le développement de batteries sodium-ion. Cette technologie pourrait jouer un rôle crucial en complétant les batteries lithium-ion et en diversifiant le paysage des VE, contribuant ainsi à en faire une solution de transport plus accessible et plus durable.
Métal-Air, l'option durable
Comme les batteries solides, les batteries métal-air (qui englobent des technologies telles que le zinc-air, l'aluminium-air et le fer-air) présentent un potentiel de densité énergétique nettement plus élevé que les batteries lithium-ion, ce qui se traduit par une plus grande autonomie. Certaines batteries métal-air, comme le zinc-air, utilisent des éléments facilement disponibles, ce qui élimine le besoin d'électrolytes complexes et potentiellement nocifs, et en fait une option plus durable. L'utilisation de matériaux abondants permet également de réduire les coûts de production des batteries.
Cependant, les batteries métal-air doivent encore relever d'importants défis avant d'être généralisées. La technologie actuelle des batteries métal-air souffre d'une durée de vie plus courte que celle des batteries lithium-ion, et les recharges fréquentes peuvent dégrader considérablement la capacité de la batterie. Les batteries lithium-air et certaines autres batteries métal-air, comme l'aluminium, sont confrontées au problème de la formation de dendrites métalliques. Ces structures peuvent endommager la batterie et réduire sa durée de vie. Les batteries métal-air ont besoin d'un flux d'air continu pour fonctionner, ce qui nécessite des systèmes d'admission et de filtration de l'air efficaces qui complexifient le design du système et augmentent la consommation d'énergie.
Quoi qu'il en soit, les batteries métal-air offrent encore des possibilités intéressantes pour l'avenir des VE en raison de leur densité énergétique théorique élevée et de leur potentiel en matière d'approche durable. Cela a d’ailleurs incité des entreprises comme Duracell, Rayovac et Nantenergy à investir dans le développement de batteries métal-air. Dans l'ensemble, les batteries métal-air sont très prometteuses, mais des progrès sont nécessaires avant qu'elles puissent concurrencer efficacement la technologie lithium-ion sur le marché grand public.
Une approche plus diversifiée
Les secteurs de l'automobile et de la chimie étudient une multitude de nouvelles technologies de batteries, de chimies et de structures. Cela est bénéfique pour le développement des VE, car une approche diversifiée sera très probablement nécessaire pour répondre aux exigences variées du marché et aux différents cas d’usage. À l'instar des moteurs à combustion interne (turbocompresseur, injection directe et configuration des cylindres), les batteries pour VE feront l'objet d'une variété d'options pour répondre aux demandes des consommateurs. Si les batteries lithium-ion resteront le choix dominant à court terme, le secteur ne compte pas uniquement sur elles.
La possibilité de choisir parmi plusieurs types de batteries permettra aux constructeurs automobiles d'adapter les véhicules aux besoins et aux préférences spécifiques du marché. Bien que l'autonomie des véhicules électriques et les temps de charge restent limités, les tests et le développement de batteries de diverses natures donnent à l'industrie la meilleure chance de surmonter ces obstacles. Une fois ces derniers franchis, le passage à l'électrification sera rapide et massif.