Transitions & Energies
Batteries solides, un jour viendra

Batteries solides, un jour viendra


La technologie des batteries lithium-ion qui équipe aujourd’hui les véhicules électriques a de nombreuses limites techniques, économiques comme environnementales. Il s’agit très vraisemblablement d’une technologie de transition. L’étape suivante sera sans doute celle des batteries solides, plus sûres et surtout ayant une densité énergétique bien supérieure. Le problème est que les annonces de passage au stade industriel de la production de batteries solides se succèdent depuis des années… et qu’il ne se passe rien. Dernières annonces en date, l’entreprise taïwanaise ProLogium compte investir 5,2 milliards d’euros d’ici à 2030 pour développer une usine de batteries à électrolyte solide à Dunkerque et Toyota annonce la mise sur le marché d’ici 2028 d’une batterie solide offrant 1.500 kilomètres d’autonomie…

« Les promesses n’engagent que ceux qui les reçoivent ». Une maxime prêtée en son temps à Jacques Chirac qui s’applique parfaitement à la percée technologique majeure que serait la production à l’échelle industrielle de batteries dites solides. Car il faudrait surmonter, ce qui est loin d’être fait, de sérieuses difficultés liées à leur fabrication et leur tendance à l’autodestruction rapide.

Toute proportions gardées, les batteries solides sont au monde de la voiture électrique ce que la fusion nucléaire est à celui de l’énergie fournie par l’atome. En théorie, les batteries solides ont tout pour plaire. Elles sont plus légères, ont une plus grande densité énergétique, coûtent moins chères à fabriquer et se rechargent plus vite que les batteries lithium-ion. En pratique, cela fait de nombreuses années qu’on annonce leur arrivée imminente sur le marché et qu’il va falloir encore attendre.

La technologie des batteries lithium-ion est une technologie de transition

Une batterie à électrolyte solide est une batterie dans laquelle l’électrolyte liquide (c’est-à-dire le liquide qui transporte les ions d’une électrode à l’autre de la batterie) est remplacé, comme son nom l’indique, par un matériau à l’état solide. Ce solide peut être un oxyde, un sulfure ou un polymère. Les électrolytes solides augmentent considérablement la densité d’énergie des batteries et leur sécurité du fait de leur stabilité en température. Pour donner un ordre d’idée, les batteries lithium-ion les plus performantes ont une capacité de stockage de l’ordre de 250 Wh par kg, une batterie solide peut parvenir à au moins 450 Wh par kg. Le principal problème est la formation de dendrites, un amas excédentaire d’électrolyte solidifié qui détruit la batterie. La fabrication à grande échelle est aussi très compliquée car il est indispensable d’exercer une pression considérable lors de l’assemblage de l’interface avec l’électrolyte solide. Cela n’empêche pas les annonces de percées technologiques et industrielles de se succéder depuis plusieurs années. Mais cela reste des annonces. Ainsi, l’entreprise taïwanaise ProLogium a annoncé le mois dernier un investissement de 5,2 milliards d’euros d’ici à 2030 pour développer une usine de batteries à électrolyte solide à Dunkerque.

Il y a quelques jours, Toyota, le premier constructeur automobile mondial a déclaré pouvoir commercialiser d’ici 2027-2028 une batterie solide fournissant une autonomie sans recharge pouvant atteindre 1.500 kilomètres… En 2017, Toyota annonçait déjà mettre sur le marché une batterie solide en 2021!

Cette technologie fait l’objet de toutes les attentions de nombreux centres de recherche et laboratoires dans le monde et d’une surenchère permanente d’annonces spectaculaires. Cela s’explique parce que les chercheurs ont besoin de financements et parce que si la technologie des batteries lithium-ion a révolutionné les appareils électroniques portables et les véhicules électriques, elle présente de sérieuses limites et faiblesses. Elle n’est sans doute qu’une technologie intermédiaire. C’est la principale raison pour laquelle les performances  de la voiture électrique sont loin de satisfaire l’ensemble des consommateurs avec des usages plus limités et des prestations inférieures à un véhicule thermique dans de nombreuses situations.

Des progrès confinés dans les laboratoires

Le principal problème vient de la densité énergétique faible des batteries lithium-ion. Cela signifie qu’il faut emporter des centaines de kilos de batteries pour fournir une autonomie et une puissances suffisantes à une voiture électrique. Il est par ailleurs impossible de les recharger en quelques minutes et la recharge très rapide tant vantée, de 30 à 45 minutes, se traduit par leur usure prématurée. Leur fabrication est coûteuse en termes d’empreinte carbone et coûteuse pour l’environnement compte tenu des conditions dans lesquelles sont extraits les métaux qui leur sont indispensables.

Les batteries solides sont donc présentées comme l’avenir. Volkswagen, Toyota, General Motors, Hyundai, Ford… ont investi dans des sociétés innovantes qui développent cette technologie. Mais les progrès restent pour l’instant confinés dans les laboratoires.

Tour à tour au cours des dernières années Toyota, Samsung, Ford ou Hyundai ont annoncé des percées dans la technologie des batteries solides et une mise sur le marché imminente sans jamais parvenir à tenir leurs promesses. Sans oublier, la start-up américaine QuantumScape devenue un objet de spéculation à son entrée en Bourse à Wall Street en 2020, avec des actionnaires prestigieux comme Bill Gates, Volkswagen ou le Qatar. Elle annonçait la commercialisation de batteries d’ici 2024 et avoir surmonté le problème des dendrites. Ces batteries (voir l’image ci-dessus) conservaient 80% de leurs capacités après 1.100 cycles de décharge-recharge et avaient une durée de vie de plus de 300.000 kilomètres. Quelques mois plus tard l’action QuantumScape s’est effondrée et la société a même été poursuivie en justice par des actionnaires pour informations trompeuses. Elle doit toujours présenter d’ici la fin de l’année une batterie qui puisse être fabriquée en grande quantité et mise sur le marché prochainement.

La rédaction