Les superbatteries transformeront les performances des véhicules électriques

Lorsqu'on leur demande ce qu'ils attendent le plus d'une voiture électrique, de nombreux automobilistes répondront trois choses : une longue autonomie, un temps de charge court et un prix compétitif par rapport à un véhicule équipé de la même manière et doté d'un moteur à combustion interne. Pour atteindre ces objectifs, les constructeurs automobiles ont cherché des moyens de remplacer les batteries lithium-ion (Li-ion) traditionnelles qui alimentent la plupart des véhicules électriques (VE) modernes par des versions « à semi-conducteurs » plus avancées. Ces nouveaux types de superbatteries promettent depuis longtemps une charge plus rapide et une autonomie bien plus grande. Enfin, après des années de problèmes techniques, les efforts visant à les réaliser portent leurs fruits, les premières batteries Li-ion à semi-conducteurs devant entrer en production dans les prochaines années.

Toyota, le plus grand constructeur automobile mondial, a commencé à s'intéresser aux batteries à semi-conducteurs en 2012. Au fil des années, il a même eu l'intention de présenter des prototypes fonctionnels, même si peu de choses sont apparues. L'entreprise a récemment annoncé qu'elle avait réalisé une « percée technologique », avec son intention de commencer à fabriquer une batterie à semi-conducteurs dès 2027. Toyota affirme que sa nouvelle batterie fournira à un véhicule électrique une autonomie d'environ 1 200 km (746 miles). , soit environ le double de celui de nombreux modèles existants, et peut être rechargé en une dizaine de minutes.

Électrifiant

Toyota n'est pas seul. Des performances similaires sont vantées par d’autres producteurs développant des batteries Li-ion à semi-conducteurs. Nissan, par exemple, construit une usine pilote à Yokohama qui commencera à produire des versions d'essai l'année prochaine. Une usine similaire est prévue en Allemagne par BMW en partenariat avec Solid Power, un développeur de batteries basé au Colorado. QuantumScape, une startup de la Silicon Valley, a commencé à expédier des prototypes de batteries à semi-conducteurs à Volkswagen, son principal bailleur de fonds.

Il n’est peut-être pas surprenant que le développement d’une batterie à semi-conducteurs ait pris autant de temps. Faire fonctionner un nouveau type de batterie dans un laboratoire est une chose, mais le développer pour pouvoir en produire des millions dans une usine est une tâche difficile. Bien qu'elles aient été inventées à la fin des années 1970, les batteries Li-ion elles-mêmes n'ont été entièrement commercialisées qu'au début des années 1990, d'abord pour les appareils électroniques portables, tels que les ordinateurs portables et les téléphones portables, puis sous forme de versions plus grandes pouvant être utilisées pour alimenter un nouvelle génération de véhicules électriques.

Les voitures électriques existent depuis l’aube de l’automobile. En effet, Clara Ford préférait de loin sa Detroit Electric de 1914 aux véhicules à essence fabriqués par son mari, Henry. Mais ces premiers véhicules électriques, ainsi que d’autres apparus au cours des années suivantes, étaient en grande partie alimentés par des dizaines de batteries au plomb lourdes, coûteuses, offrant une autonomie limitée et des progrès souvent paresseux. Légère et capable de stocker une charge importante, la batterie Li-ion a réduit les coûts et augmenté l’autonomie (voir graphique 1), permettant de véritablement démarrer l’électrification des transports. Les batteries Li-ion à semi-conducteurs pourraient apporter une autre transformation.

Les constructeurs automobiles ont été initialement attirés par les cellules à semi-conducteurs pour améliorer la sécurité car, aussi puissantes soient-elles, les cellules Li-ion traditionnelles comportent un risque. En effet, ils contiennent un électrolyte liquide généralement composé de solvants organiques, extrêmement inflammables. Par conséquent, si une batterie Li-ion est endommagée, ce qui peut survenir lors d'un accident, ou si elle surchauffe pendant la recharge, elle peut exploser et s'enflammer. L’utilisation d’un électrolyte solide et ininflammable évite cela. Les électrolytes solides peuvent être fabriqués à partir de divers produits chimiques, notamment des polymères et des céramiques. Mais même Toyota, le maître de la production de masse, a d’abord eu du mal à faire fonctionner efficacement les cellules à semi-conducteurs sur une longue période.

En soi, un électrolyte solide n’améliore pas nécessairement les performances d’une batterie. Mais cela permet par exemple de repenser une batterie Li-ion pour la rendre encore plus petite et plus légère, et ainsi contenir plus d'énergie dans moins d'espace. Cela permet également aux ingénieurs d’élargir la gamme de matériaux qu’ils peuvent utiliser pour produire une batterie Li-ion et de modifier son fonctionnement.