Batterie lithium-métal : une révolution pour les véhicules électriques ?

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L’électrification de nos modes de transport est en plein essor !

Toutefois, pour rivaliser avec leurs concurrents thermiques ou hybrides, les véhicules électriques doivent encore s’améliorer sur un point essentiel : l’autonomie.

En effet, exception faite de quelques modèles ultra haut de gamme, l’autonomie de ces véhicules zéro émission et de leur batterie lithium-ion reste un énorme frein pour beaucoup d’automobilistes.

De nombreux acteurs du secteur automobile et de l’énergie travaillent donc à l’amélioration de ces batteries.

Début novembre, la société SolidEnergy System (SES) a dévoilé une nouvelle génération de batteries lithium-métal, qui promet de doubler la densité énergétique des batteries lithium-ion disponibles actuellement sur le marché.

On fait le point dans notre article de la semaine.

L’autonomie : un frein à l’adoption des véhicules électriques

Le marché des véhicules électriques est en plein boom.

Preuve en est, dans certains pays, le volume de vente des véhicules électriques tend à dépasser celui des véhicules thermiques.

C’est notamment déjà une réalité en Norvège, où 54% des véhicules neufs vendus en 2020 étaient 100% électriques.

Pourtant, reste un point essentiel à améliorer pour conquérir l’ensemble des automobilistes : l’autonomie.

En effet, même si certains modèles électriques haut de gamme disposent d’une autonomie assez satisfaisante, la filière est pour l’heure loin de pouvoir rivaliser avec l’autonomie des véhicules thermiques.

Bien conscients, à la fois du problème mais également du potentiel économique énorme du marché des batteries électriques, de nombreux acteurs de la filière automobile (constructeurs, sous-traitants ou équipementiers), ainsi que du secteur de l’énergie, cherchent par tous les moyens à trouver des solutions pour améliorer les batteries actuelles.

Dans ce cadre, les batteries électriques à l’état solide sont présentées comme le “Saint Graal” des batteries et donc des véhicules électriques.

La société SolidEnergy System (SES), qui travaille sur le développement des batteries à l’état solide, semble avoir pris une longueur d’avance sur la concurrence.

// À (re)lire : Une cellule électrochimique pour extraire le lithium de l’eau de mer !

Une nouvelle batterie lithium-métal révolutionnaire ?

Lors de son événement de marque consacré aux batteries, le “SES Battery World” qui s’est déroulé début novembre, l’entreprise a présenté une nouvelle génération de batterie électrique.

Il s’agit d’une batterie hydride Lithium-métal (Hybrid Li-Metal), présentée comme révolutionnaire, qui promet de doubler la densité énergétique des batteries lithium-ion actuellement disponibles sur le marché.

Pour parvenir à ce résultat, SES a supprimé le graphite de l’anode, c’est-à-dire la partie de la batterie qui accepte les ions lithium pendant la recharge.
À la place, cette nouvelle génération de batteries possède une anode en lithium métallique pur. La start-up a ainsi gagné du poids et de l’espace sur ses batteries pour améliorer ses performances.

À l’état pur, le lithium est un métal extrêmement réactif. Utilisé comme anode, il entraîne ainsi dans la plupart des cas une usure et une détérioration prématurées de la batterie.

Pour pallier ce problème, SES a donc dû trouver un moyen efficace de canaliser la formation de dendrites.

Pour rappel, les dendrites représentent la bête noire des batteries lithium-ion. Elles se créent au cours des cycles de charge-décharge avec l’agglomération d’atomes de lithium et forment des excroissances sur les électrodes.

Si elles deviennent trop grandes, les dendrites peuvent combler l’espace entre l’anode et la cathode et ainsi mettre le feu à l’électrolyte en générant un court-circuit fatal.
Avec sa solution hybride, SES commence par revêtir l’anode d’un composé exclusif qui permet à l’entreprise d’utiliser du lithium pur au lieu du graphite.
Ensuite, l’entreprise utilise un électrolyte liquide saturé en sel qui, selon le PDG Qichao Hu, est beaucoup plus sûr à utiliser.

« C’est en fait principalement du sel », a déclaré Hu. « Ce nouveau liquide est essentiellement très stable sur le lithium métal, très sûr, ininflammable, non volatil, non organique. »

Lors des tests, un évaluateur indépendant a pu enfoncer un clou dans une cellule sans provoquer d’incendie, ce qui est impossible avec les batteries lithium-ion actuelles.

SES semble donc avoir trouvé la bonne formule, sûre et surtout industrialisable.

// À (re)lire : [Deeptech] Les algorithmes de PowerUp capables de doubler la durée de vie des batteries

Une surveillance des batteries grâce à l’IA

Afin de s’assurer de la fiabilité de ses batteries, SES les surveille avec des modèles de Machine Learning basés sur l’Intelligence Artificielle (IA) et entraînés grâce aux données collectées à partir de cellules précédentes.
Un bon moyen de rechercher le moindre défaut ou les moindres variations qui pourraient entraîner un problème.

Pour le moment, cette surveillance se déroule en laboratoire mais l’entreprise étudie des moyens de l’opérer directement sur les véhicules sur la route.

Une commercialisation d’ici deux à trois ans ?

Avec la promesse de doubler la densité énergétique, le tout pour 40% du coût, SES a déjà bien entendu signé des partenariats avec des grands acteurs du secteur, parmi lesquels Hyundai, Foxconn ou encore General Motors (GM).

Ce dernier a d’ailleurs commencé à investir dans cette start-up il y a déjà six ans !

SES construit en ce moment une usine à Shanghai, qui devrait être terminée en 2023, et espère poursuivre l’amélioration de ses cellules pour les commercialiser dans la foulée.

Une concurrence féroce sur le marché des batteries électriques !

Si SES semble avoir une longueur d’avance sur la batterie électrique à l’état solide, la concurrence est forte.

On peut notamment citer Tesla, fondée par Elon Musk, qui s’est rapidement imposée sur le marché des véhicules électriques et qui propose des batteries parmi les plus puissantes en termes d’autonomie et qui construit en ce moment des gigafactory pour accélérer la production de batteries électriques.

En France, deux projets de gigafactory de production de batteries électriques sont également sur les rails. Le premier est porté par PSA et Total et le second est porté par Verkor, une start-up française notamment soutenue par Schneider Electric.

Des projets favorisés par le plan de relance dévoilé par le gouvernement pour le secteur automobile, avec une enveloppe de 8 milliards d’euros pour accélérer sur la R&D et relocaliser la production sur le territoire.

// À (re)lire : Les deux projets de Gigafactory de batteries électriques en France

Même si l’électrification de nos modes de transport est en marche, l’autonomie des batteries et le coût de production, également en rapport avec les batteries des véhicules électriques, restent un frein au plein développement de ce marché.

La solution imaginée par SES pourrait bien être l’une des clés pour électrifier, à terme, 100% du parc automobile, notamment dans les pays développés.

Les regards sont désormais braqués vers la filière d’approvisionnement du lithium en elle-même. Élément indispensable à la conception des batteries, le lithium pourrait subir, selon les experts, une pénurie massive d’ici 2027.
En effet, s’il est disponible en grande quantité sur Terre, la filière de son extraction est quant à elle encore trop peu développée pour répondre à la demande de demain.

Les acteurs du secteur devront donc trouver des solutions, à l’image des scientifiques du KAUST (Arabie Saoudite), qui ont mis au point une cellule électrochimique capable d’extraire le lithium de l’eau de mer, où il est présent en très grande quantité.
D’autres pistes envisagées, comme la création d’une énorme mine de lithium dans le Nevada, font plus polémique en raison de leur impact négatif sur l’environnement.

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