Il semble y avoir un écart considérable entre les prévisions des différents fabricants. Cela signifie-t-il pour autant que certains présentent la perspective du lancement des batteries à semi-conducteurs sous un jour plus favorable que d’autres ? Ou bien l’un d’entre eux est-il simplement plus précis quant au calendrier exact ? Bien sûr, certaines entreprises sont déjà plus avancées, mais il semble clair que certaines présentent la phase de prototypage et le premier déploiement prudent comme la phase finale. Il semble toutefois évident que l’évolution vers cette phase finale est en marche.
L’activité économique en Chine
CATL et BYD sont les deux plus grands fabricants chinois de batteries ; il est donc intéressant de voir où ils en sont dans ce processus. Les deux marques ont annoncé qu’elles lanceraient dès l’année prochaine une première production expérimentale. À cette occasion, un nombre limité de véhicules équipés de cette première génération de batteries à matière solide sortira des chaînes de production. La production commerciale à grande échelle ne débutera donc pas avant 2029 au plus tôt, et se situera probablement plutôt vers 2030 ou 2032. Tout dépendra bien sûr des performances de cette première génération. Si les constructeurs rencontrent des obstacles majeurs, cela pourrait avoir un impact considérable sur le calendrier. D’autres constructeurs chinois suivent également un calendrier similaire. On retrouve les mêmes dates chez Geely, CALB (le troisième plus grand fabricant), Gotion High-Tech (soutenu par Volkswagen), Farasis Energy (avec Mercedes-Benz) et EVE Energy. Il est clair que les nombreux fabricants de batteries en Chine n’ont d’autre choix que d’essayer de suivre le mouvement. Surtout lorsque le leader du marché (CATL représente deux batteries sur cinq produites en Chine) annonce qu’il franchit une nouvelle étape, les autres doivent suivre le rythme. Rester à la traîne n’est pas une option sur ce marché extrêmement concurrentiel. Apparemment, même Dreame – oui, le fabricant des aspirateurs robots – prévoit de développer sa propre batterie à électrolyte solide. En effet, cette technologie ne sera pas uniquement utilisée dans les voitures, mais aussi dans de nombreuses autres applications. Dreame a toutefois dû entre-temps mettre de côté ses projets de voiture électrique rapide, ce qui montre bien que les projets en Chine peuvent changer de cap très rapidement.
De nombreux avantages
Cet engouement n’a rien d’étonnant, car la technologie « solid-state » présente de nombreux avantages. C’est précisément pour cette raison qu’elle est considérée comme le Saint Graal du monde technologique. Non seulement ce type de batterie offre une capacité bien supérieure à celle des batteries traditionnelles pour un volume identique, mais elle se recharge aussi plus rapidement, reste efficace sur une plage de températures plus large et est bien plus sûre. Ce dernier point, en particulier, est un avantage que nous sommes ravis d’adopter. Tout le monde connaît les histoires de smartphones, de batteries de vélos électriques ou de batteries externes qui explosent soudainement. Comme ces batteries à l’état solide ne contiennent pas d’électrolytes liquides, on peut les percer sans risque de réaction thermique en chaîne. En effet, les électrolytes secs ne sont pas inflammables et ne peuvent pas fuir. La technologie à l’état solide est donc plus stable sur le plan chimique. Reste à savoir quels véhicules seront les premiers à être équipés d’une telle batterie à l’état solide à partir de 2027. Chez BYD, il semble qu’il s’agira d’une voiture de luxe dans le style de Rolls-Royce, sous la bannière de la marque de luxe Yangwang. Cela indique d’emblée que cette première production limitée concernera des modèles haut de gamme, et pas encore toutes les versions de ce modèle. Ceux-ci se vendent en plus petit nombre, ce qui permet de contrôler suffisamment les défauts de jeunesse et d’intervenir rapidement.
Obstacles
Il reste donc bel et bien des obstacles à surmonter. Comme la connexion entre les parties fixes peut se rompre lorsque les électrodes se contractent et se dilatent, cela peut entraîner des dysfonctionnements ainsi que des problèmes pour maintenir la capacité. C’est pourquoi les cellules doivent, par exemple, être maintenues sous pression, afin que ce contact ne soit pas rompu. C’est également pour cette raison que nous avons vu apparaître ces derniers mois de nombreux brevets visant à maintenir la stabilité des électrolytes à base de sulfure (qui remplacent les électrolytes liquides) et à optimiser l’interface entre les différents matériaux.
Recharge rapide
Une fois que chaque constructeur aura trouvé la méthode idéale pour garantir cette stabilité, la densité énergétique pourra progressivement être augmentée. Elle se situe actuellement entre 350 et 400 Wh/kg, mais à terme, une densité de 525 Wh/kg devrait être possible au niveau de la cellule. Chery serait même déjà en train de tester des prototypes présentant une telle densité élevée. Cela permettrait soit d’alléger les véhicules, soit d’augmenter leur autonomie. Aujourd’hui déjà, les meilleurs prototypes atteignent 1 200 kilomètres avec une batterie complètement chargée. Cela peut sembler excessif à première vue, mais cela peut s’avérer pratique pour les personnes qui ne disposent pas d’une borne de recharge devant chez elles. Pensez par exemple aux appartements dans les grandes villes. Et si vous devez tout de même recharger votre véhicule, vous pourrez repartir rapidement. Les chiffres les plus souvent cités indiquent une durée de recharge d’environ dix minutes pour passer de 10 à 80 %. Cela signifie que vous pouvez simplement aller aux toilettes et repartir aussitôt. Comme la dégradation chimique est moindre avec les batteries à état solide, une telle batterie pourrait supporter 3 à 5 fois plus de cycles de charge sans trop perdre en capacité. La batterie pourrait ainsi même durer plus longtemps que la voiture elle-même. C’est tout de même très différent des générations précédentes, et même actuelles, de véhicules électriques, qui perdent sensiblement en capacité au bout de quelques années. Enfin, les batteries à électrolyte solide sont non seulement plus sûres, plus durables, plus légères, plus compactes et plus rapides à recharger, mais elles fonctionnent également mieux par temps vraiment froid ou chaud. Alors que les générations actuelles fonctionnent particulièrement bien à des températures comprises entre 15 et 35 °C, cette plage est bien plus large pour les batteries à état solide. Elle s’étend de –60 à +120, voire 150 °C. Par grand froid, aucun liquide ne risque de se solidifier, ce qui permet à ces batteries à l’état solide de conserver bien mieux leur capacité. Vous ne perdez donc pas, ou très peu, d’autonomie en hiver. En cas de chaleur extrême, le risque de réaction en chaîne thermique, et donc d’incendie, est quant à lui moindre. Cela permet de se passer de systèmes de refroidissement aussi lourds.
Pas seulement la Chine
La technologie « solid-state » n’est d’ailleurs pas l’apanage de la Chine. Ainsi, la société américaine Factorial Energy a déjà parcouru 1 200 kilomètres avec une seule charge à bord d’une Mercedes-Benz. Ce fabricant revendique une densité énergétique de 450 Wh/kg et a également testé ses batteries dans une Dodge Charger, la « muscle car » américaine par excellence. Dodge fait partie du grand groupe Stellantis, qui compte également des marques telles que Citroën, Peugeot et Opel. Bien sûr, il ne faut pas oublier le géant coréen Samsung. Sa division dédiée aux batteries travaille d’arrache-pied pour lancer, au cours du second semestre de l’année prochaine, la production en série de sa propre batterie SolidStack. Il va sans dire que cette technologie n’est pas uniquement envisagée pour l’industrie automobile, mais aussi pour la robotique, les appareils portables et l’aéronautique. Le groupe Volkswagen traverse actuellement une période difficile, mais il poursuit néanmoins sa collaboration avec QuantumScape pour développer des batteries à électrolyte solide. Le calendrier est ici un peu moins clair, surtout compte tenu de la baisse des investissements de VW. L’entreprise ne mise pas sur les sulfures comme électrolyte, mais plutôt sur les matériaux céramiques, pour des raisons de stabilité. BMW et Ford collaborent quant à elles avec la société américaine Solid Power, qui travaille elle-même en partenariat avec Samsung SDI. Solid Power fournirait alors l’électrolyte, tandis que SDI fournirait la cellule complète. Et puis il y a Toyota. Le constructeur japonais travaille depuis très longtemps sur les batteries à l’état solide et détient de nombreux brevets. Pourtant, le constructeur japonais reste pour l’instant relativement discret. Cela ne signifie toutefois pas qu’il reste les bras croisés. L’objectif est de commercialiser, avant la fin de cette décennie, un véhicule doté d’une autonomie de 1 000 kilomètres. Chez son concurrent japonais Honda, une ligne de production pilote de batteries à état solide est même déjà en service. Honda collabore avec QuantumScape afin d’améliorer conjointement cette technologie.
Alternatives existantes
Ceux qui pensent que l’arrivée des batteries à semi-conducteurs sonne d’emblée le glas des batteries lithium-ion n’ont qu’à ravaler leurs paroles. Selon de nombreux fabricants, les différentes technologies coexisteront encore pendant des années. De plus, les dernières générations de batteries ont été considérablement améliorées. BYD propose ainsi sa Blade Battery 2.0, qui offre une densité énergétique d’environ 200 Wh/kg et une bonne résistance au froid. De plus, elle se recharge de 10 à 97 % en 9 minutes, à condition bien sûr que l’infrastructure de recharge le permette. La Shenxing de CATL présente une densité énergétique légèrement inférieure, mais se recharge en 6,5 minutes de 10 à 98 %. Cela rend ce long trajet vers le sud de la France nettement moins angoissant. Ces nouveaux modèles n’utilisent d’ailleurs pas de modules traditionnels, mais intègrent les cellules directement dans le bloc-batterie, voire dans le châssis du véhicule. On perd ainsi moins d’espace. Il y a aussi les batteries NMC performantes, qui restent des batteries Li-ion, mais avec une proportion plus importante de nickel. La Qilin de CATL offre une densité énergétique de 280 Wh/kg au niveau de la cellule. On trouve souvent ce type de batteries en option payante ou dans les modèles haut de gamme. Une dernière option est la technologie semi-solide. On peut sans hésiter la qualifier d’étape intermédiaire intéressante vers la technologie entièrement solide. Pour produire ce type de batteries semi-solides, les fabricants peuvent adapter leurs installations actuelles assez facilement, alors que les batteries à l’état solide nécessitent des installations entièrement nouvelles. On observe ici une densité énergétique de 350 Wh/kg, voire légèrement supérieure. Environ 95 % de la cellule est constituée de matières solides, le reste étant un gel. Cela rend également ce type de batterie beaucoup plus sûr et lui permet de résister à un test consistant à la transpercer entièrement. MG devrait commercialiser cette année encore en Europe des véhicules équipés d’une batterie semi-à l’état solide, avec une autonomie promise de 1 000 kilomètres sur une seule charge. Nous avons donc tout de même de quoi nous réjouir à court terme.
