Les avancées dans les batteries à état solide pourraient réduire la taille, le poids, l’anxiété liée à l’autonomie et les préoccupations de sécurité dans les futurs véhicules électriques.
Les avancées dans les batteries à état solide pourraient réduire la taille, le poids, l’anxiété liée à l’autonomie et les préoccupations de sécurité dans les futurs véhicules électriques.
Les fabricants et chercheurs du monde entier recherchent des solutions de batteries pour véhicules électriques qui répondent aux défis fondamentaux de l’autonomie, de la sécurité et de l’efficacité. Les batteries lithium-ion souffrent d’une densité énergétique limitée, de stabilité thermique et de risques d’incendie, ce qui limite finalement la performance des véhicules électriques et leur adoption par les consommateurs.
Heureusement, en 2024, de nombreuses avancées ont été réalisées dans la fabrication de batteries à état solide (BES), ce qui pourrait avoir un impact significatif sur les véhicules électriques en 2025.
Batteries Factorial Solstice. Image utilisée avec la permission de Factorial Energy
Partenariat Mercedes-Factorial sur les batteries à état solide
Les autonomies des véhicules électriques atteignent désormais un maximum de 400 miles, avec des modèles comme le Lucid Air et la Mercedes-Benz EQS en tête du marché. Début 2024, Mercedes-Benz s’est associé à Factorial pour lancer une technologie BES révolutionnaire qui pousse encore plus loin ces limites.
La solution, baptisée Solstice, promet d’étendre les autonomies à plus de 600 miles d’ici la fin de la décennie. Le principal avantage réside dans l’électrolyte solide de la batterie, qui remplace l’électrolyte liquide des batteries lithium-ion conventionnelles. Par conséquent, Solstice offre une densité énergétique de 450 watt-heures par kilogramme, rendant les batteries plus légères, plus compactes et significativement plus sûres.
Batterie à état solide de Factorial. Image utilisée avec la permission de Factorial Energy
Les véhicules électriques à état solide de Stellantis et Factorial
Les batteries lithium-ion traditionnelles présentent des défis tels qu’une densité énergétique limitée, une inflammabilité et une sensibilité thermique. Les BES répondent à ces défis en intégrant l’électrolyte et le séparateur en un seul composant, permettant un fonctionnement plus sûr à des températures plus élevées.
Fin 2024, Stellantis a noué un partenariat avec Factorial pour développer des véhicules électriques alimentés par des BES. Ce partenariat est centré sur l’électrolyte solide de type FEST de Factorial, qui intègre une anode en lithium métallique, un électrolyte quasi-solide innovant et un design de cathode à haute capacité. Les anodes en lithium métallique rendent ces véhicules électriques compacts et légers pour des autonomies plus longues. Le résultat est une densité énergétique impressionnante de 390 Wh/kg.
La plateforme STLA LARGE. Image utilisée avec la permission de Stellantis
Intégrées dans la plateforme STLA Large de Stellantis, ces BES promettent une évolutivité pour des millions de véhicules. Une flotte de démonstration de véhicules électriques Dodge Charger Daytona équipés de ces BES est attendue d’ici 2026.
Batteries tout solide pour véhicules électriques
En 2024, des chercheurs de l’Université McGill ont développé une batterie à tout état solide (BAT) composée d’une cathode solide, d’un électrolyte solide et d’une anode en lithium métallique solide.
Historiquement, l’un des principaux obstacles dans les BAT est la haute résistance interfaciale entre l’électrolyte solide et l’électrode solide. Le travail de McGill résout ce problème en utilisant une membrane céramique poreuse remplie d’un polymère, permettant aux ions de lithium de se déplacer efficacement et d’assurer un fonctionnement stable à haute tension.
L’interface Li-Li basée sur le CSE. Image utilisée avec la permission de Wang et al.
La solution utilise un électrolyte solide composite à base de grenat (CSE) avec une conductivité ionique de 0,437 mS/cm et un nombre de transfert de lithium de 0,72 à 25°C. La recherche a révélé que le matériau, avec une porosité de 45,74%, réduisait la résistance et soutenait des tensions allant jusqu’à 5,08 V.
Surmonter les défis de la fabrication des BES
Le développement des BES fait face à des obstacles significatifs, principalement dus à la diversité des matériaux et à la complexité de production. L’absence de processus de fabrication standardisés pour les électrolytes céramiques, sulfure et polymère crée des défis dans l’évolutivité de la production, entraînant des coûts accrus et une variabilité technique à travers différents profils de conductivité ionique et de performance mécanique.
Différentes méthodes de compression pour le matériau d’électrode. Image utilisée avec la permission de Lee et al.
Pour surmonter cela, des chercheurs coréens ont introduit des principes de conception universels pour les BES. Les chercheurs ont développé un plan nommé SolidXCell, qui optimise l’épaisseur de l’électrode, le contrôle de la tension et les configurations de matériaux. Leurs cellules en poche à état solide à 10 couches et 4 couches ont atteint des énergies spécifiques de 280 Wh/kg et 310 Wh/kg, avec des densités d’énergie de 600 Wh/L et 650 Wh/L, respectivement.
Un avenir solide
En 2024, les partenariats entre les fabricants, la recherche académique et la normalisation de la fabrication ont ouvert la voie vers un avenir où les BES deviendront la norme. Ce mouvement suggère fortement que 2025 pourrait être une année charnière pour l’adoption généralisée des BES.