La batterie sans anode promet 800 km d’autonomie pour les voitures électriques

Le secteur des batteries est en pleine effervescence, avec des innovations qui pourraient révolutionner le domaine des véhicules électriques. Imaginez une batterie plus légère, plus performante, offrant potentiellement 800 kilomètres d’autonomie. C’est la promesse faite par la startup QuantumScape avec ses batteries à électrolyte solide dépourvues d’anode. Cette technologie pourrait bien apporter des solutions à plusieurs enjeux majeurs auxquels font face les voitures électriques actuelles. 🚗⚡

Pourquoi le retrait de l’anode est révolutionnaire

“Pour réaliser des avancées significatives concernant le coût, l’énergie par masse et par volume, la suppression de l’anode serait un changement substantiel,” déclare Tim Holme, cofondateur et directeur technique de QuantumScape. Cette déclaration met en lumière un fait essentiel : l’anode classique, généralement fabriquée en graphite, pose plusieurs problèmes.

Les inconvénients associés à l’anode traditionnelle comprennent :

• Elle requiert des solvants nocifs lors de sa fabrication
• Son processus de production engendre d’énormes émissions de CO2
• Elle représente une proportion élevée du poids global de la batterie
• Elle crée des limites sur la vitesse de charge ainsi que sur la densité énergétique

Actuellement, la Chine détient un contrôle quasi total de la chaîne d’approvisionnement en graphite, créant ainsi des préoccupations stratégiques pour les fabricants européens et américains.

L’opération de la batterie lithium-métal sans anode

La technologie mise au point par QuantumScape, similaire à celle d’autres entreprises comme Factorial, Our Next Energy et Ensurge Micropower, repose sur un principe clé : créer l’anode directement à l’intérieur de la batterie, au lieu de l’intégrer comme un élément séparé.

Avec une batterie lithium-métal sans anode, le processus commence lors de la première charge, durant laquelle les ions de lithium se déposent sur le collecteur de courant pour former l’anode en lithium-métal. Cette méthode simplifie davantage la production, réduit les coûts et permet d’augmenter la densité énergétique.

QuantumScape avance que les résultats seraient impressionnants : un véhicule électrique, habituellement capable de parcourir 560 kilomètres, pourrait atteindre une autonomie de 640 à 800 kilomètres avec ces cellules lithium-métal dotées d’électrolyte solide.

Les dendrites, un défi majeur en ingénierie

“Le lithium métallique représente l’anode idéale. Il surpasse le graphite et le silicium,” souligne Holme. “L’association de l’électrolyte solide avec le lithium métallique offre la meilleure configuration de batterie. Il n’y a aucun compromis technique. Toutefois, c’est un défi d’ingénierie.”

Le principal obstacle à l’avancement des batteries lithium-métal réside dans la formation de dendrites – ces structures métalliques acérées qui peuvent se développer à l’intérieur de la batterie, provoquant sa défaillance prématurée. Ces excroissances peuvent percer l’électrolyte, entraînant des courts-circuits.

Pour surmonter ce défi, QuantumScape a mis au point un séparateur en électrolyte solide réalisé avec un matériau céramique exclusif qui empêche la création de dendrites. L’électrolyte lui-même est un liquide organique, tandis que la cathode peut être conçue à partir de nickel, de fer ou d’une combinaison des deux.

Des promesses mais encore des performances intéressantes

La cellule QSE-5 de QuantumScape présente une densité énergétique de 305 watt-heures par kilogramme, ce qui n’offre qu’une légère amélioration par rapport aux cellules NMC 4680 de Tesla, qui sont estimées entre 272 et 296 Wh/kg.

En comparaison, la batterie Solstice de Factorial affiche une densité énergétique impressionnante de 450 Wh/kg. Ainsi, la densité du QSE-5, bien qu’encourageante, reste dans la fourchette basse pour une batterie expérimentale à électrolyte solide.

Les avantages demeurent notables. On observe une augmentation de la durée de vie grâce à l’élimination de la “perte de capacità” provoquée par les réactions chimiques entre l’anode et l’électrolyte. Par ailleurs, la sécurité est renforcée grâce au séparateur céramique, reconnu comme ininflammable et stable même sous des conditions thermiques extrêmes. En cas d’accident, un véhicule muni d’une telle batterie aurait également moins de risques de prendre feu.

Vers une commercialisation effective

QuantumScape a déjà envoyé des “échantillons B” de ses nouvelles batteries à divers constructeurs automobiles pour des tests, avec l’intention d’en expédier davantage au cours de l’année. Un partenaire clé dans cette aventure est PowerCo SE, une filiale de Volkswagen, spécialisée dans les batteries.

“Nous avons accordé à PowerCo une licence pour notre technologie, et nous collaborons pour la mettre en œuvre,” précise Holme. “Ils construisent des gigafactories en Espagne, en Allemagne et au Canada, et nous sommes en train de travailler ensemble pour introduire cette technologie en production.”

Au sein de cet accord de licence non exclusif, PowerCo pourra produire jusqu’à 40 gigawattheures de batteries utilisant la technologie de QuantumScape, avec une option d’extension à 80 GWh, suffisant pour équiper environ un million de véhicules électriques chaque année.

Concernant les coûts, Holme établit une analogie avec SpaceX, qui a transformé le secteur spatial : “Si l’on compare le premier lancement de SpaceX avec les pratiques de la NASA, c’était moins compétitif en termes de coûts. Cependant, alors qu’ils affinaient leurs processus, SpaceX a réussi à réduire ses coûts de manière significative.”

En d’autres termes, cette technologie pourrait être plus coûteuse qu’une batterie traditionnelle dans un premier temps. Toutefois, à mesure que la production augmente et que les processus se perfectionnent, elle pourrait devenir compétitive, voire surpasser les batteries lithium-ion actuelles en matière de rapport qualité-prix. 🌍🔋