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par Quentin Cazergues
Charge positive

La révolution de la batterie “solide”

Une batterie qui résoudrait tous les défauts de la voiture électrique telle qu’on la connaît, c’est possible, à quelques détails près. Un progrès aussi solide que le composé permettant cette prouesse. La batterie Lithium-ion à électrolyte solide deviendra un incontournable de l’automobile à électrons.

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Elle est à l’origine d’une bonne partie des soucis de la voiture électrique. La batterie, indispensable à son alimentation en énergie, constitue un véritable casse-tête lorsqu’il s’agit de s’en servir pour répondre à toutes les contraintes d’une utilisation simple et polyvalente de l’automobile. Aujourd’hui, le marché est dominé par le type Lithium-ion à électrolyte liquide, pour ses propriétés permettant la densité énergétique la plus satisfaisante parmi les solutions commercialisées à grande échelle. Pourtant, son intégration dans un véhicule, entraîne une forte hausse de son poids total, lui offre une autonomie limitée - affectée par la température ambiante - demande beaucoup de temps à la recharge, coûte cher et implique une fabrication polluante.

L’avenir de la batterie à moyen terme semble alors se dessiner au travers de la batterie à électrolyte solide, aussi appelée batterie tout solide. Un principe améliorant le concept des accumulateurs Lithium-ion et réglant quelques-uns de ses problèmes.

L’électrolyte solide, qu’est-ce que ça change ?

La révolution de la batterie “solide” - Photo d'illustration
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Avec ce type de batteries “solides”, le principe de fonctionnement reste le même. À savoir, deux électrodes plongées dans un élément conducteur (électrolyte) et isolées l’une de l’autre par un séparateur ne laissant passer que les ions d’un côté ou de l’autre à mesure que la batterie se charge ou se décharge. Il y a une électrode négative et une électrode positive. Les matériaux utilisés dans la composition des électrodes et de l’électrolyte influent sur le potentiel de la batterie, à volume égal, à délivrer de l’énergie avec plus ou moins de puissance.

Sur une batterie Lithium-ion à électrolyte liquide actuelle, l’électrode négative est composée de graphite, l'électrode positive de dioxyde de cobalt et l’électrolyte de sels de lithium mélangés à des solvants.

En utilisant un électrolyte solide, par conséquent composé d’éléments différents, il est également possible d’employer des matières premières différentes au niveau des électrodes. Ainsi, le graphite pourrait par exemple être remplacé par du métal lithium bien plus performant et surtout, le cobalt dont l’extraction majoritairement réalisée au Congo dans des conditions éthiques, sanitaires et écologiques critiquables, tendrait à disparaître.

Des avancées évoquées par l’Institut allemand Fraunhofer spécialisé dans la recherche en sciences appliquées, qui aurait trouvé le composé idéal de l’électrolyte solide pour les rendre possible. Ce matériau serait un type de céramique à base de sodium, zirconium et de phosphore, potentiellement non toxique et disponible en grande quantité, notamment en Europe, dans l’écorce terrestre, limitant par la même occasion les importations de matières premières. Cette céramique apporterait la conductivité nécessaire pour la bonne circulation des ions lithium dans la batterie, ce qui freinait jusqu’alors le développement de la batterie à électrolyte solide.

Avec ce procédé, le volume de la batterie, pour une capacité équivalente, serait grandement réduit, son poids diminué et le temps de recharge fortement accéléré.

Atout important, il deviendrait possible de se passer d’un système de refroidissement et de réduire la résistance de sa structure car l’électrolyte solide est ininflammable. Du même coup, la sécurité en cas d’accident s’améliorerait et la masse du véhicule s’en trouverait encore allégée.

Quand ces batteries arriveront-elles sur le marché ?

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Photo d'illustration - Le plein d'électricité pourra-t-il ne prendre que quelques minutes ?Credit Photo - Yayimages

Tous les grands groupes automobiles s’intéressent de près à la batterie tout solide et les fournisseurs la développent déjà activement. Volkswagen s’est par exemple lié à QuantumScape Corporation en 2018 dans cet unique but. Les consortiums européens tels que “l’Airbus de la batterie” qui regroupe dix-sept sociétés variées, progressent également dans cette voie de recherches. L’avance de la Chine est telle qu’il est primordial de se positionner sur les technologies les plus avancées. Ils pourront peut-être compter sur l’aide de Dyson. L’entreprise d’électroménager anglaise s’étant lancée dans la conception d’une voiture électrique de A à Z mais qui a dû renoncer à sa commercialisation, avait annoncé l’utilisation de ce type de batteries à électrolyte solide, qu’elle maîtriserait d’ores et déjà, et envisageait de faire profiter de son expérience les constructeurs automobiles qu’elle n’a finalement pas pu concurrencer. Ce ne sera pour autant pas suffisant pour parvenir à devancer la Chine. L’empire du Milieu compte une entreprise ayant déjà réussi à en produire en série. Qing Tao Energy Development a créé l’an dernier une ligne de production à Kunshan, à l’est du pays. Ses accumulateurs atteignent une densité énergétique de 400 Wh/kg contre une moyenne de 250 Wh/kg pour une batterie Lithium-ion à électrolyte liquide. Si la cadence de fabrication ne permet pas encore de diffuser cette technologie massivement, leur rapidité à la rendre disponible sur le marché donne une fois encore l’avantage à la deuxième économie mondiale dans cette nouvelle course industrielle.

La batterie “solide” tuera-t-elle l’hydrogène dans l’oeuf ?

La révolution de la batterie “solide” - Photo d'illustration
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L’arrivée des batteries à électrolyte solide était attendue depuis longtemps par les mêmes acteurs qui développent simultanément les technologies fonctionnant à l’hydrogène. Si une batterie à charge ultra rapide, plus écologique qu’actuellement, aux capacités largement étendues et à la sécurité assurée peut séduire et favorisera sans aucun doute l’essor de la voiture électrique, dont le prix diminuera au passage, son développement n’est absolument pas incompatible avec les véhicules à pile à combustible.

Ces derniers utilisent en effet une batterie, d’une taille comparable à celles des voitures hybrides rechargeables, chargée d'emmagasiner l’électricité fournie par la pile à combustible afin de pouvoir en restituer une quantité importante en cas de forte et soudaine demande d’énergie. Avec le principe de l’électrolyte solide, il serait possible de réduire cette batterie “tampon” à une taille bien plus facile à intégrer. Autant d’espace de gagné pour accroître les volumes du ou des réservoirs d’hydrogène et peut-être largement dépasser les 1 000 km d’autonomie. Par comparaison, Dyson annonçait 965 km sans incidence sur les conditions d’utilisation (froid, radio…) avec son modèle 100 % électrique abandonné.

Côté approvisionnement, la charge rapide des batteries tout solide n’obligera plus nécessairement l’installation d’une prise à domicile mais difficile de savoir pour le moment si le temps de recharge égalera la durée d’un plein d’hydrogène effectué en quelques minutes. Celui-ci gardera quoi qu’il en soit sûrement toute sa compétitivité à ce niveau.

Et puis, aussi efficaces soient-elles, les batteries dites solides n’effaceront pas le problème de l’approvisionnement en électricité. Une demande qui deviendrait supérieure à notre capacité de production en cas de mutation massive du parc automobile vers l’électrique. Pour y répondre, l’importation serait obligatoire, nos centrales ne suffiraient pas. Un constat plus alarmant à l’échelle mondiale où des pays comme la Chine produisent toujours majoritairement leur électricité à partir de centrales à charbon extrêmement polluantes. Le développement à long terme de stations H2O utilisant les énergies renouvelables garde donc tout son sens.

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Pour résumer

Une batterie qui résoudrait tous les défauts de la voiture électrique telle qu’on la connaît, c’est possible, à quelques détails près. Un progrès aussi solide que le composé permettant cette prouesse. La batterie Lithium-ion à électrolyte solide deviendra un incontournable de l’automobile à électrons.

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