Depuis près de vingt ans, les batteries solides cristallisent tous les espoirs de l’industrie automobile électrique. Cette technologie pourrait permettre d’atteindre des autonomies de 1 000 kilomètres tout en réduisant drastiquement les risques d’incendie. Pourtant, ces batteries semblent prisonnières des laboratoires de recherche. Où en sommes-nous réellement ? Les derniers développements suggèrent que 2025 pourrait marquer un tournant décisif.
Contrairement aux apparences, les progrès ne sont pas aussi lents qu’il n’y paraît. Plusieurs entreprises se rapprochent dangereusement de la commercialisation, même si des obstacles subsistent. À l’image de l’évolution des batteries lithium-ion il y a quinze ans, le déploiement s’annonce progressif. Les batteries semi-solides devraient d’ailleurs faire leur apparition en premier, servant de technologie de transition avant l’arrivée massive des packs entièrement solides.
Comment fonctionnent les batteries à électrolyte solide
Dans une cellule lithium-ion traditionnelle, l’électrolyte – ce matériau qui transporte les ions lors des cycles de charge et de décharge – se compose généralement d’un liquide chimique à base de lithium. Les batteries solides remplacent cet électrolyte liquide par un matériau solide, souvent constitué de polymères, de sulfures ou d’oxydes. L’objectif reste identique : faire transiter les électrons entre la cathode et l’anode pour alimenter le véhicule.
Cette substitution apporte des avantages considérables selon les recherches menées. Les batteries solides concentrent davantage d’énergie dans un espace réduit, se rechargent plus rapidement tout en offrant une sécurité renforcée et une meilleure stabilité thermique que les batteries lithium-ion classiques. En théorie, cette technologie devrait éliminer de nombreux problèmes récurrents des véhicules électriques : les pertes d’autonomie par grand froid, les risques d’incendie et bien d’autres désagréments.
Siyu Huang, PDG de la startup Factorial basée dans le Massachusetts, résume parfaitement la situation : “Le principal défi des batteries solides réside dans leur capacité de mise à l’échelle”, c’est-à-dire la faculté de les produire en quantités industrielles. Son entreprise a d’ailleurs noué des accords de développement conjoint avec Mercedes-Benz, Stellantis et le groupe Hyundai Motor.
La course à cette technologie mobilise de nombreux acteurs. QuantumScape, basée en Californie, collabore avec PowerCo, la filiale batteries du groupe Volkswagen, pour industrialiser les batteries solides. Le groupe BMW et Ford ont investi plusieurs millions de dollars dans Solid Power, située dans le Colorado. Pendant ce temps, Toyota et Honda mènent leurs propres programmes de développement au Japon.
Entreprise
Partenaire automobile
Localisation
Statut
Factorial
Mercedes-Benz, Stellantis, Hyundai
Massachusetts, USA
Échantillons B envoyés
QuantumScape
Volkswagen Group
Californie, USA
Phase d’industrialisation
Solid Power
BMW, Ford
Colorado, USA
Développement
L’année dernière, Factorial a dévoilé sa batterie entièrement solide Solstice. Elle utilise un électrolyte à base de sulfure qui atteint une densité énergétique de 450 Wh/kg. Pour vous donner une idée, la plupart des cellules lithium-ion actuellement utilisées dans les voitures électriques affichent bien moins de 300 Wh/kg. Une densité énergétique supérieure signifie qu’une batterie peut stocker plus d’énergie sans devenir plus volumineuse ou plus lourde, se traduisant par une autonomie accrue.
Liz Najman, directrice des analyses de marché chez Recurrent, une startup spécialisée dans la santé des batteries, explique une partie du problème : “Vous ne pouvez pas utiliser les mêmes usines de fabrication et les mêmes procédés pour les batteries solides. Il faut tout reconstruire, ce qui nécessite de l’argent et du temps.”
La National Science Foundation américaine détaille les exigences de fabrication des batteries solides et leurs différences avec les batteries lithium-ion. La production de batteries requiert trois processus principaux :
La production d’électrodes
La production de cellules
Le conditionnement des cellules
Ces processus et la chaîne d’approvisionnement associée sont fortement optimisés pour la production de batteries lithium-ion. Le défi consiste maintenant à les reconfigurer pour les batteries solides. Cette transition ressemble au passage de l’impression à jet d’encre vers le laser, ou au remplacement des fils de cuivre par la fibre optique. Elle nécessite une refonte complète de l’infrastructure existante.
Factorial a ouvert l’année dernière ce qui serait la plus grande ligne de fabrication de batteries solides aux États-Unis, à Methuen dans le Massachusetts. Cette ligne de 200 MWh paraît modeste comparée aux gigantesques usines de batteries érigées à travers le pays avec des capacités de centaines de GWh, mais elle constitue néanmoins une étape importante.
L’entreprise affirme que ses packs à haute densité énergétique peuvent offrir une autonomie de plus de 1 000 kilomètres. C’est plus du double de l’autonomie moyenne EPA aux États-Unis, qui selon le ministère de l’Énergie atteignait 455 kilomètres en 2024. Factorial revendique également des températures de fonctionnement supérieures à 90 degrés Celsius et une réduction de poids de 40% par rapport aux batteries traditionnelles.
La solution quasi-solide de Factorial, plus proche de la commercialisation, peut également délivrer de hautes performances tout en étant plus facilement industrialisable. Elle utilise un matériau gélifié pour l’électrolyte associé à une anode en lithium métallique et une cathode haute capacité. Cette approche combine les avantages des électrolytes solides avec la facilité de fabrication des batteries lithium-ion conventionnelles.
Les batteries semi-solides ont déjà fait leur entrée sur le marché chinois. L’année dernière, un propriétaire de Nio ET7 a parcouru 892 kilomètres sur une seule charge grâce à son pack semi-solide de 150 kWh. Ces technologies arrivent bientôt aux États-Unis : Stellantis a promis de lancer une flotte de démonstration de Dodge Charger Daytona équipées des batteries quasi-solides de Factorial l’année prochaine, avec une densité énergétique revendiquée de 390 Wh/kg, bien supérieure aux standards actuels de 250-300 Wh/kg.
L’allègement représente un autre avantage majeur. Huang précise que les batteries solides peuvent faire économiser 130 à 200 kilos au niveau du pack. “Au niveau du véhicule, les batteries solides peuvent même faire économiser jusqu’à 450 kilos”, ajoute-t-elle. Cette réduction de poids se traduit directement par des économies de coûts. Pour chaque kilo éliminé, les fabricants de batteries peuvent économiser 11 dollars, selon Huang. Si vous multipliez par 450 kilos, l’avantage économique devient substantiel.
Rédigé par Alexandra Dujonc
Après des études en ingénierie électrique, j'ai travaillé sur des projets de recherche et de développement visant à améliorer la capacité de recharge des voitures électriques dont j'en ai fait ma spécialité ! Je mets à votre disposition mes connaissances approfondies sur le sujet de la recharge électrique.
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