Voiture électrique : la batterie du futur est belge (et ressemble à un paquet de chips)

La future batterie pour voiture est en cours de développement en Belgique. Rouler deux fois plus loin avec ce qui ressemble à un sachet de chips écrasé n’est plus de la totale science-fiction. Même si ce n’est pas demain que l’on va la retrouver dans toutes les voitures.

Dans son centre de recherche de Genk, l’IMEC a mis au point un nouveau prototype de batterie dont la capacité est nettement supérieure à celle des batteries de la génération actuelle. Les résultats obtenus en laboratoire sont prometteurs puisque, avec une telle batterie, la voiture électrique pourrait parcourir plus de la moitié de la distance avec le même volume de batterie.

Du liquide au solide

Aujourd’hui les batteries au lithium-ion conventionnelles fonctionnent via ce qu’on appelle l’électrolyte. La substance via laquelle circule le courant à l’intérieur de la batterie est donc souvent liquide (généralement il s’agit de sels de lithium dissous dans un solvant organique). Lors de la charge, les ions lithium se déplacent de la cathode vers l’anode, où ils sont stockés. Et lors de l’utilisation (décharge), les ions retournent à la cathode en traversant l’électrolyte, générant un flux d’électrons, donc de l’électricité, alimentant ainsi un appareil.

Si l’autonomie des véhicules électriques s’est considérablement améliorée ces dernières années, la demande d’une plus grande autonomie et de temps de charge plus rapides continue de croître. Or l’autonomie d’une voiture est déterminée par l’énergie que la batterie peut fournir.

En d’autres termes, plus la quantité d’énergie (kWh) que vous pouvez mettre dans une batterie est importante, plus l’autonomie de la batterie sera grande, à condition que le volume de la batterie reste le même. La densité énergétique d’une batterie est donc importante, mais les batteries lithium-ion ont atteint leur plafond en termes de densité. C’est pourquoi les scientifiques recherchent depuis longtemps des technologies permettant d’augmenter la densité énergétique des batteries tout en les maintenant à un prix abordable. Une composante importante de l’équation lorsqu’on sait que les batteries représentent actuellement près de la moitié du prix d’un véhicule électrique.

Un électrolyte solide

Dans cette course, l’Imec, en collaboration avec 13 partenaires européens (dont le centre de recherche de Fiat et l’entreprise belge Umicore), vient de réaliser une percée prometteuse. La batterie qu’elle a développée dans le cadre du projet SOLiDIFY fonctionnerait toujours avec du lithium, mais le conducteur serait solide.

Ils sont en effet parvenu à mettre au point un prototype de batterie lithium-métal à l’état solide qui présente une densité énergétique exceptionnelle de 1 070 Wh par litre. Pour rappel, les batteries lithium-ion actuelles n’atteignent en moyenne que 600 à 700 Wh par litre. L’IMEC est donc parvenu à réaliser une batterie a une densité énergétique d’un tiers de plus que les batteries lithium-ion actuelles.

Cette pile de batteries compacte a été obtenue grâce à l’optimisation minutieuse de nouveaux matériaux et revêtements. Au niveau des matériaux, la densité énergétique plus élevée de la cellule résulte de l’introduction d’une anode mince en lithium métal et d’un composant d’électrolyte solide suffisamment mince (soit un nanocomposite de 50 μm dopé à base de liquide ionique polymérisé (LIP)). Le tout sans cobalt ce qui est une bonne nouvelle pour la planète.

Concrètement, cette avancée permettrait de stocker beaucoup plus d’énergie électrique et donc d’aller plus loin. L’autonomie d’une voiture électrique pourrait ainsi être augmentée de plus de la moitié. Un autre de ses avantages est que cette batterie solide est nettement moins inflammable et donc plus sûre.

Pas pour tout de suite

La principale critique jusqu’à présent contre la batterie solide était sa durée de vie plus limitée, car elle s’userait plus vite. Mais selon les chercheurs de l’IMEC leur batterie peut être rechargée en trois heures et au moins 100 fois.

L’autre gros problème de ce genre batterie est par contre plus difficile à contourner. On ne transforme pas comme ça une batterie de laboratoire en batterie que l’on peut produire à grande échelle. Cela nécessite des autorisations, mais surtout des coûts de production qui doivent rester réalistes dans une économie d’échelle. Les matériaux utilisés dans ces batteries jouent donc un rôle clé tout comme les chaînes de production. Et jusqu’à présent le développement d’une architecture rentable pour leur production en masse est resté difficile. Or sur ce point la batterie développée par l’IMEC offre un autre avantage. Le processus de fabrication des batteries à semi-conducteurs est adaptable aux lignes de production lithium-ion actuelle et devrait coûter moins de 150 euros par kWh. De quoi ouvrir la voie à des batteries lithium solides commercialement viables pour l’électromobilité, selon l’IMEC.

De quoi faire la différence avec la Chine ?

Une percée d’autant plus prometteuse que cela permettra peut-être dans les prochaines années de faire la différence avec la Chine. En ce moment ce pays cherche encore principalement à améliorer les batteries lithium-ion classiques, alors que dans des pays comme la Corée du Sud et en Europe, on travaille activement sur les précurseurs des batteries à l’état solide.

Si l’Europe a potentiellement un peu d’avance dans ce domaine de recherche, la Chine pourrait cependant rapidement changer son fusil d’épaule. Ainsi la marque automobile chinoise IM, du groupe SAIC, a annoncé au début de l’année qu’elle pourrait fournir un modèle équipé de batteries semi-solides à partir du mois d’octobre.

Pour éviter de se faire doubler encore et encore, l’Europe a donc tout intérêt de se montrer audacieuse en donnant un élan à la recherche et en produisant ce type de produits à l’échelle industrielle. Car on l’oublie souvent, mais on dispose en Europe des connaissances nécessaires. Ce qu’il nous manque c’est l’industrie capable de soutenir cette technologie. Et ça, c’est surtout une question de politique d’investissement. Il n’y a plus qu’à.