De nouvelles batteries annoncent une percée importante dans le domaine de la voiture électrique

La société japonaise TDK, connue pour ses batteries pour les iPhone,  a mis au point un nouveau matériau capable de porter la densité énergétique d’une batterie à 1 000 wattheures par litre, soit plus du double que les batteries actuelles.

Une batterie deux fois plus légère et plus petite que la batterie qui alimente aujourd’hui les véhicules électriques, voilà qui est prometteur. Mais quand il est annoncé que cette batterie sera surtout deux fois moins chère que les actuelles, on entrevoit mieux le côté révolutionnaire! Et c’est la promesse que la société japonaise TDK fait aux conducteurs, en revendiquant une avancée importante dans ce domaine grâce aux batteries à semi-conducteurs. Mais qu’elle est la technologie derrière ces nouvelles batteries ? Et, ce qui est peut-être plus important encore, quand seront-elles commercialisées ?

La société japonaise TDK, connue pour ses batteries pour les iPhone,  a mis au point un nouveau matériau capable de porter la densité énergétique d’une batterie à 1 000 wattheures par litre, soit plus du double que les batteries actuelles. Ces nouvelles batteries équiperont aussi bien des montres et des écouteurs que des  voitures électriques. Le constructeur automobile japonais Toyota a également déclaré qu’il avait, lui aussi,  récemment franchi une étape importante.

Mais en quoi exactement diffère-t-elle de la génération actuelle de batteries qui équipent les voitures électriques ?

Densité énergétique plus élevée, donc moins inflammable

“Les batteries utilisées aujourd’hui dans les véhicules électriques, les batteries lithium-ion, fonctionnent sur la base d’un électrolyte liquide”, explique Philippe Vereecken, spécialiste des batteries associé à imec, Energyville et KU Leuven. “L’électrolyte, une solution saline liquide, assure la réaction chimique qui permet à l’électricité de circuler (en fait, il déplace les ions entre l’anode et la cathode, le pôle positif et le pôle négatif, ndlr). Dans les piles à l’état solide, il n’y a pas de liquide, mais un électrolyte solide, qui est un très bon conducteur pour les ions”.

Les piles à l’état solide (ou batteries à l’état solide) ont une “densité énergétique plus élevée”, affirme M. Vereecken. “Cela leur permet de fournir plus d’énergie avec moins d’espace et de poids”, confirme l’économiste politique Ron Stoop, qui suit de près la révolution de l’électrification. “Elles sont donc avantageuses pour les voitures et les endroits où l’espace est réduit. “

“La batterie standard a une capacité de 250 wattheures par kilogramme au niveau des cellules”, a déclaré Maarten Steinbuch, professeur de génie mécanique à l’Université technique d’Eindhoven, à RTL Nieuws. “La plus récente a même une capacité de 500 wattheures par kilogramme. Avec les batteries à semi-conducteurs, nous espérons aller encore plus loin”.

En outre, le développement de la batterie à l’état solide nécessiterait moins de matières premières critiques. “On peut même les fabriquer sans cobalt”, souligne Mark Pecqueur, professeur de technologie automobile à la Thomas More University of Applied Sciences. Comme si tout cela ne suffisait pas encore à convaincre, les risques de surchauffe seraient eux aussi réduits. “Il arrive qu’une batterie prenne feu”, note M. Vereecken. “Toutefois, si l’on remplace l’électrolyte liquide par un solide, la batterie a nettement moins de risque de s’enflammer.”

Le Saint Graal ?

Le CEO de TDK Noboru Saito souligne que sa société se concentre sur une commercialisation rapide de cette technologie. Toyota souhaite que les batteries soient prêtes pour être en production d’ici à 2027. Les batteries à semi-conducteurs sont depuis longtemps considérées comme le “Saint-Graal de la technologie des batteries”.

Dans quelle mesure tout cela est-il réaliste ?

PHILIPPE VEREECKEN. Le “Saint-Graal”, c’est un peu exagéré. Je vois plutôt cela comme une nouvelle étape dans l’évolution des batteries, mais c’est une étape difficile à passer.

TONY VERHELLE (journaliste automobile). “Si Toyota déclare cela, c’est normalement assez réaliste. Cette date correspond à peu près à ce qu’ils ont toujours visé et espéré. Mais l’état solide est de toute façon l’avenir. La question est de savoir dans quelle mesure cet avenir est proche.”

RON STOOP. “Toyota s’était déjà aussi fixé pour objectif de produire des voitures à hydrogène. Et cela ne semble pas être le cas pour l’instant. Nous n’avons aucune idée de la « cuisine interne » de l’entreprise. Elle est également un peu de retard sur ses objectifs d’électrification par rapport aux voitures américaines et chinoises. Peut-être essaient-ils de redorer leur blason avec cette nouvelle batterie. Mais quoi qu’il en soit, tout cela est très prometteur.

MARK PECQUEUR. “Quand je vois qu’ils ont déjà des prototypes qui roulent aujourd’hui, 2027 est même un long intervalle, soit quatre ans de plus. Je ne vois pas où est le problème.”

Où se situe donc le problème ?

PECQUEUR. “Le problème n’est plus du côté du véhicule, mais du côté de l’infrastructure de recharge. En fin de compte, si vous avez une batterie comme celle-ci demain sur le marché, et que vous voulez la charger en 10 minutes – dans ce cas 200 à 300 kilowattheures – vous avez besoin d’au moins 1,5 mégawatt d’énergie pour le faire. Pour vous donner une idée : 1,5 mégawatt correspond à la consommation d’environ 500 familles. Ces 500 ménages doivent donc être coupés du réseau pendant 10 minutes pour charger votre batterie. Ce n’est pas facile”.

Notre réseau de stations de recharge n’est pas encore à la hauteur.

PECQUEUR. “Tout cela a été conçu pour les batteries d’aujourd’hui. Nous avons besoin de ces 1,5 mégawatt pour charger les camions. Ceux-ci pourront recharger leur batterie en une heure environ. Mais même cette infrastructure n’existe pas encore. Il n’y a pas encore une seule station de recharge rapide pour les camions en Belgique”.

YVES WOUTERS (Autofans.be). “L’énergie doit effectivement venir de quelque part. Mais je pense qu’il s’agit d’un peu de catastrophisme, comme le dit Mark. La recharge rapide ne sera jamais la norme. Tous les modes de recharge vont évoluer : les gens vont de plus en plus recharger leur véhicule à la maison. La demande de stations de recharge plus lentes est plus forte que celle de stations de recharge rapides. Quiconque conduit une voiture électrique pendant quelques années se rendra compte que les stations de recharge rapide ne seront utilisées que pour les longues distances. Quoi qu’il en soit, le fait que cette technologie à semi-conducteurs sera bientôt disponible sur le marché constitue un progrès considérable.”

PECQUEUR. “Si vous voulez charger une telle batterie à la maison, même avec un chargeur de 11 kilowatts, il vous faudra 24 heures. Mais il suffit de le faire une seule fois pour parcourir plus de 1 000 kilomètres.”

Problèmes techniques

Toyota n’a donné aucun détail technique sur cette avancée. En fait, elle a déclaré que la batterie avait une autonomie de 1 200 kilomètres et pouvait être rechargée en moins de 10 minutes.

VEREECKEN. “À l’IMEC, nous avons également mis au point un électrolyte solide. Une fois que vous l’avez, vous devez bien sûr le mettre dans une batterie, et c’est alors que les problèmes, petits et grands, se posent. C’est probablement la raison pour laquelle la technologie est restée dans un tiroir pendant un certain temps. Je suppose que c’est là que se situe leur percée. Ils ont trouvé une solution à l’un des plus gros problèmes, à savoir l’introduction de l’électrolyte dans une batterie. Et qu’ils ne voient plus de goulots d’étranglement pour arriver à un produit”.

VERHELLE. “Il y a peut-être encore quelques problèmes techniques, mais les Japonais pensent avoir franchi un obstacle majeur. Le problème, c’est que les voitures électriques sont beaucoup trop lourdes et beaucoup trop grosses, parce qu’elles ont donc besoin de batteries beaucoup trop grosses. J’espère que l’état solide pourra changer un peu la donne. D’ailleurs, Toyota n’est pas le seul à travailler sur cette technologie ; BMW y travaille également. Une telle concurrence exige une volonté de résultats”.

VEREECKEN. “Je fais parfois la comparaison avec les puces et la technologie CMOS : les chercheurs s’assoient contre le mur jusqu’à ce qu’il y ait une percée et qu’ils aient soudainement résolu un problème fondamental. Je pense qu’il y a quelque chose de similaire ici.

En résumé, il convient de faire preuve d’un optimisme prudent.

Laurens Bouckaert