Storage Wars : ce que l’avenir réserve aux batteries de véhicules électriques

Extrait du numéro d’avril 2022 de Voiture et chauffeur.

Chaque fabricant de batteries s’efforce d’améliorer la densité énergétique (la quantité d’électricité stockée dans leurs batteries). Mais jusqu’à ce qu’il y ait une percée spectaculaire, la grande majorité des véhicules électriques qui arriveront sur le marché au cours des cinq prochaines années, et peut-être jusqu’en 2030, seront alimentés par des variations sur les deux types de cellules lithium-ion déjà en vente.

Le premier type utilise du cobalt, du nickel, du manganèse et de l’aluminium dans sa cathode ou électrode positive. Les proportions de chaque élément varient, dans le but de réduire la quantité de cobalt coûteux et très demandé tout en continuant à augmenter la densité énergétique et la puissance de sortie. Les nouvelles cellules Ultium NMCA de GM, par exemple, utilisent 70 % de cobalt en moins, ce qui augmente la proportion de nickel et d’aluminium.

Le deuxième type de cellule pour les véhicules électriques des années 2020 utilisera des cathodes au lithium fer-phosphate (LiFP). Longtemps préférées des fabricants de batteries chinois, les cellules LiFP coûtent moins cher, utilisent des minéraux abondants et sont moins sujettes au feu dans des conditions extrêmes. Dix ans d’amélioration de leur densité énergétique les ont rendus pratiques pour une utilisation dans les véhicules électriques les plus bas de gamme et les moins chers. Tesla les utilise dans les versions bas de gamme du modèle 3, et il convient de noter que Teslas équipé de cellules LiFP se charge à 100 % à chaque fois, ce qui suggère que Tesla a plus confiance dans la longévité et la durabilité des cellules pour survivre à des charges complètes.

D’un autre côté, des recherches intensives sont menées sur les progrès des anodes ou des électrodes négatives. L’espoir est qu’un passage aux composites de carbone ou même au silicium augmentera la densité d’énergie jusqu’à 10 fois celle des anodes en graphite d’aujourd’hui.

La percée que la plupart des fabricants de véhicules électriques espèrent est la cellule à semi-conducteurs, du nom de son électrolyte solide, ou le matériau conducteur entre la cathode et l’anode qui est généralement liquide ou polymère dans les cellules d’aujourd’hui. Les cellules à semi-conducteurs devraient être plus denses en énergie, plus sûres et finalement peut-être le choix privilégié. Mais nous ne les verrons pas dans les voitures de production avant au moins 2025, et même alors seulement dans les modèles coûteux et à faible volume.

Toyota déploie des efforts considérables pour rendre les cellules à semi-conducteurs pratiques pour la production à grand volume. Le constructeur automobile affirme que son premier véhicule doté de cellules à semi-conducteurs sera lancé d’ici le milieu de la décennie. Les véhicules hybrides, avec des batteries plus petites fabriquées à des volumes plus élevés, les obtiendront probablement en premier.

Les cellules à semi-conducteurs sont confrontées à de gros obstacles en matière de réduction des coûts des matériaux, de mise en place de lignes de production et de renforcement de leurs avantages afin que leur prix soit compétitif par rapport aux cellules plus anciennes et mieux connues qui ont bénéficié d’années de raffinement et d’économies d’échelle. Un défi pour les cellules à semi-conducteurs : prolonger leur durée de vie à plusieurs milliers de cycles de décharge complets, une condition préalable évidente pour les véhicules électriques.

Pendant ce temps, chaque constructeur automobile a engagé des milliards de dollars pour créer des sites dédiés à la fabrication de cellules, souvent à proximité des usines d’assemblage des voitures qu’ils propulseront. En janvier, GM a annoncé une troisième usine en coentreprise avec son partenaire cellulaire de longue date LG, avec le nouveau site de Lansing, Michigan, rejoignant les installations de production de Lordstown, Ohio, et de Spring Hill, Tennessee.