Alors que les véhicules électriques gagnent en popularité et que les gouvernements font pression pour remplacer les moteurs à combustion interne, l’industrie automobile travaille d’arrache-pied pour améliorer l’autonomie de ses produits. Les entreprises se livrent actuellement à un duel acharné pour trouver la meilleure batterie qui dominera la prochaine génération de voitures. Des décennies de recherche ont abouti à des résultats prometteurs qui impliquent deux approches très différentes mais complémentaires au bénéfice du consommateur final.
La logique qui sous-tend les batteries automobiles est simple : elles doivent stocker autant d’énergie que possible en utilisant le moins possible de matériaux abondants, dans un format léger et avec une durabilité de plusieurs décennies. Aujourd’hui, les piles au lithium représentent la meilleure réponse à ces exigences, car elles offrent un équilibre entre la densité énergétique, la durée de vie et la vitesse de chargement.
Chaque acteur de l’industrie des véhicules électriques a adopté la technologie lithium-ion et l’a modifiée en fonction de ses besoins. Cela a conduit à une standardisation de la technologie qui peut être résumée en trois types de batteries : LFP (lithium fer phosphate), NCM (nickel cobalt manganèse) et NCA (nickel cobalt aluminium).
Les automobilistes demandent des voitures électriques plus abordables et dotées d’une plus grande autonomie. Selon les experts, il ne sera pas facile d’optimiser ces aspects sans négliger la réaction aux températures extrêmes, la sécurité et la puissance.
Pour atteindre un nouveau seuil de rentabilité, d’autres matériaux de fabrication doivent être adoptés et les produits doivent être segmentés en fonction des besoins énergétiques des marchés, selon l’industrie. La technologie des voitures électriques n’est pas suffisamment avancée pour atteindre le “véhicule ultime”. Par conséquent, la prochaine génération de voitures électriques n’utilisera pas une gamme standardisée de batteries au lithium, mais une gamme spécialisée issue d’un catalogue de plusieurs possibilités dans l’industrie.
Les batteries à semi-conducteurs, le meilleur de l’avenir
Le meilleur modèle de voiture Tesla promet une autonomie de 600 kilomètres par charge. Certaines idées sont en cours d’élaboration et promettent d’augmenter ce chiffre de près du double. Les batteries à l’état solide, également connues sous le nom de “Saint-Graal des batteries”, utilisent des céramiques et d’autres polymères pour le passage des ions, remplaçant ainsi le matériau liquide traditionnel des cellules actuelles. Cette application de composants permet d’augmenter la densité énergétique tout en maintenant le véhicule à l’écart des liquides inflammables. En outre, elle permet aux cellules de mieux fonctionner à la fois à basse et à haute température, un problème auquel sont désormais confrontées toutes les voitures électriques. Le principal inconvénient, de l’avis des experts, est que leur processus de fabrication risque de rendre leur production onéreuse.
Les batteries solides ne sont étudiées que par quelques grandes entreprises automobiles telles que Toyota. Après une série de retards, la date la plus proche pour leur mise en œuvre est prévue pour 2027. Pour l’instant, les avantages miraculeux n’ont été diffusés que par le biais de communiqués de presse ou de médias sociaux et n’ont pas été démontrés à l’échelle commerciale. Entre-temps, d’autres entreprises de premier plan, telles que Tesla et BMW, ont gardé le silence sur leurs intentions d’adopter la technologie ou de l’étudier, et se limitent pour l’instant à perfectionner les cellules NCA et NCM.
Toyota a annoncé son intention d’incorporer des batteries à semi-conducteurs d’ici 2027 au plus tôt.
Toyota a annoncé son intention d’intégrer des batteries à semi-conducteurs d’ici 2027 au plus tôt. Bloomberg/Getty Images
Dans le domaine des batteries à l’état solide, l’expérimentation des matériaux et des processus chimiques commence également. L’option de batterie la plus futuriste et la plus attrayante est celle qui utilise l’oxygène de l’air pendant le processus de capture de l’énergie. Sur le papier, la conception “lithium-air” permet de capter beaucoup plus d’énergie par kilogramme, de sorte qu’une seule charge donnerait une autonomie de 1 000 kilomètres et conviendrait aux voitures, aux avions et autres véhicules volants.
Les batteries à l’état solide “lithium-air” sont testées à titre expérimental et les personnes qui y travaillent affirment qu’il faudra encore de nombreuses années avant qu’elles ne soient déployées dans une flotte de voitures.
Qu’en est-il des batteries rentables ?
La densité énergétique (ou le nombre de kilomètres par charge) est un facteur crucial, mais le coût de production et la vente finale de la voiture pourraient être encore plus importants pour l’avenir du transport électrique. Certains scientifiques travaillant sur le développement des batteries soulignent qu’il est préférable de rendre la fabrication des cellules économique et durable à long terme.
Selon les experts de Nature, d’ici 2050, la production totale de batteries aura utilisé 14 millions de tonnes de métal. Le taux moyen actuel d’extraction du lithium est de 130 000 tonnes par an. Dans l’état actuel des choses, il sera difficile d’atteindre la quantité de matière première prévue. D’autre part, la demande croissante de lithium, de nickel et de cobalt pourrait faire exploser leur prix dans les décennies à venir.
Il est très probable que les batteries les moins chères de l’avenir soient fabriquées à partir de sodium plutôt que de lithium. Cet élément est jusqu’à mille fois plus abondant sur Terre et a une position proche de celle d’un métal dans le tableau périodique. La chimie des piles au sodium est techniquement similaire à celle des piles traditionnelles et ne nécessitera pas de modifier radicalement les modèles connus.
Le problème des cellules à sodium est qu’il est difficile d’obtenir de bons taux de densité énergétique. Pour Nature, les mesures des batteries “bon marché” d’aujourd’hui sont similaires aux meilleures statistiques des batteries au lithium d’il y a dix ans. En d’autres termes, le choix d’une méthode de fabrication alternative se traduira par une réduction significative de l’autonomie des véhicules. Les voitures équipées de batteries au sodium ne sont probablement pas le meilleur choix pour un voyage en voiture, tant que l’infrastructure de recharge nécessaire n’est pas en place.
Passeport européen pour les batteries
Qu’est-ce que le passeport de batterie approuvé par l’UE pour les voitures électriques ?
Le passeport batterie fait partie des initiatives de la Commission européenne visant à réduire les dommages environnementaux causés par cette technologie.