Tout savoir sur la batterie solide, la technologie révolutionnaire pour voitures électriques

Quand on parle de voiture électrique, le premier élément caractéristique auquel on pense est la batterie. Ce dernier est le composant principal du véhicule, celui qui va définir en majeure partie son utilisation avec l’autonomie. Il s’agit ici de la plus grande source d’inquiétude des automobilistes.

Les progrès en la matière ont été fulgurants ces dernières années. Aujourd’hui, certaines berlines peuvent parcourir plus de 800 km sur une seule charge, tandis que des citadines dépassent largement les 300 km d’autonomie. Si, aujourd’hui, les batteries lithium-ion reposent sur un électrolyte liquide dans leur chimie, les fabricants et constructeurs automobiles développent une technologie révolutionnaire basée sur un électrolyte solide. Celle-ci est tout simplement appelée la batterie solide.

Comment fonctionne une batterie solide ?

En soi, le principe de cette technologie de batterie est relativement simple. De manière générale, dans une batterie, des ions lithium s’échangent par conductivité entre une anode et une cathode, lors des phases de charge et de décharge. Cette conduction est réalisée par ce qu’on appelle l’électrolyte.

Dans une batterie lithium traditionnelle, cet élément est liquide et submerge l’anode et la cathode dans toute la cellule. Dans une batterie solide, comme son nom l’indique, l’électrolyte est donc solide et prend place entre l’anode et la cathode, faisant par la même occasion office de séparateur.

Une meilleure densité énergétique, plus d’autonomie

Si la technologie des batteries solides est une innovation qui suscite un intérêt grandissant, c’est bien parce qu’elle promet de révolutionner le monde de la voiture électrique. Cela est dû à l’un de ses plus gros avantages : sa grande densité énergétique. Quand une batterie « liquide » peut atteindre les 250 Wh/kg (chimie NMC), une batterie solide arrive à doubler cette capacité.

La batterie solide peut donc stocker plus d’énergie qu’une batterie classique pour un même volume/même taille de pack. Une meilleure densité énergétique permet en conséquence d’augmenter considérablement l’autonomie d’une voiture électrique.

Dans l’autre sens, une batterie solide offrant la même autonomie qu’une batterie traditionnelle sera de ce fait plus légère, car elle a besoin de moins de « matières » pour stocker l’énergie.

Des temps de recharge plus courts

Le recours à la technologie solide pourra également faire progresser les temps de recharge. À l’heure actuelle, grâce aux architectures 800 V, les véhicules électriques les plus rapides peuvent se recharger entièrement en une vingtaine de minutes dans les meilleures conditions. Avec l’arrivée des batteries solides, les durées de recharges se verraient réduites à quelques minutes. De quoi se rapprocher de plus en plus d’un plein avec une voiture thermique.

Une sécurité et une longévité améliorée

Les batteries lithium-ion classiques n’aiment pas les hautes températures et peuvent s’enflammer brutalement en raison de l’électrolyte liquide. Dans une batterie solide, l’électrolyte est ininflammable, ce qui élimine le risque d’auto-incendie et d’emballement thermique.

Par ailleurs, un accumulateur solide serait plus durable que son homologue liquide, avec des cycles de charge allant jusqu’à 4 000 phases de charge/décharge. À titre comparatif, la durée de vie d’une batterie liquide se situe entre 1 000 et 1 500 cycles.

Le cas de la batterie solide sans anode

Il existe également une variante de la batterie solide : celle sans anode. Ce type d’accumulateur solide élimine complètement l’anode de la cellule. Lors de la charge, les ions lithium migrent depuis la cathode et se déposent directement sur le collecteur de courant pour former une couche métallique qui agit comme une anode « temporaire ».

La batterie solide sans anode est-elle meilleure que celle avec anode ?

Par rapport à une batterie solide « normale », celle sans anode est censée offrir une densité énergétique encore supérieure, et pourrait donc donner plus d’autonomie. Le prototype de la start-up américaine QuantumScape atteint par exemple les 800 Wh/kg, tandis que les batteries solides peuvent tourner autour des 500 Wh/kg.

Il y aurait par ailleurs un gain de poids et une baisse des coûts de fabrication, car l’anode n’est donc plus incluse dans la conception initiale. Cependant, des défis techniques liés à la stabilité du dépôt de lithium et à la gestion des interfaces solides persistent.

Quels sont les inconvénients de la batterie solide ?

Bien qu’elle soit considérée comme révolutionnaire, cette technologie n’est pas non plus un miracle et vient avec quelques inconvénients en contrepartie, quasi identique qu’elle soit avec ou sans anode. Avant de les installer en série dans le plancher de nos voitures électriques, les fabricants vont donc devoir travailler encore certains aspects qui empêchent une démocratisation des batteries solides.

Une fabrication différente

De par leur recours à un électrolyte solide, les batteries solides nécessitent des techniques de production radicalement différentes de celles utilisées pour les batteries lithium-ion conventionnelles. Par conséquent, les usines de batteries actuelles ne pourraient pas produire des accumulateurs solides si la technologie était hypothétiquement prête dans l’immédiat.

Par ailleurs, l’anode de la batterie solide (faite de lithium-métal) augmente son volume en se chargeant en ion lithium, ce qui rend la cellule instable. Contrairement à la batterie liquide où la cathode et l’anode (en graphite) sont immergées, l’état solide oblige ainsi les composants à être « compressés » afin d’assurer la conductivité. Dans le cas de l’accumulateur sans anode, l’absence de cet élément favorise la formation de dendrites métalliques, sorte d’excroissances qui se forment lors du dépôt de lithium sur le collecteur de courant. Ces dendrites peuvent provoquer des courts-circuits et donc mettre en danger la batterie.

Efficace à haute température

Si les batteries à électrolyte solide n’ont aucun problème à flirter avec de hautes températures, elles sont beaucoup moins efficaces à température ambiante. Pour le moment, la batterie devrait être chauffée à 50 °C pour avoir un rendu optimal, ce qui est inenvisageable sur une voiture électrique actuelle.

Coûts de production élevés

Comme dans toute technologie novatrice, le coût de fabrication des batteries solides représente bien évidemment un gros frein à leur adoption.

Quand arrive la batterie solide dans les voitures électriques ?

Ces défis expliquent pourquoi la commercialisation à grande échelle des batteries solides est constamment repoussée, malgré les annonces prometteuses. Il faudra patienter encore plusieurs années avant de voir les premiers modèles de série équipés d’une telle technologie de batterie.

Si des prototypes doivent voir le jour dès 2025, les voitures électriques grand public à batterie solide ne devraient pas arriver avant 2030.

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