Des piles neuves au départ

Des piles neuves au départ

Un tiers de toutes les voitures neuves vendues en Chine sont déjà équipées d’une prise, ce qui signifie qu’il s’agit de variantes purement électriques ou hybrides. La tendance est à la hausse. En Europe, tous les efforts politiques sont déployés pour pousser les voitures électriques sur le marché ; les moteurs à combustion sont comptés. Même si les voitures électriques sont composées de beaucoup moins de pièces, elles présentent des caractéristiques clés qui les différencient. Alors que pour les moteurs à combustion, la question était de savoir si le diesel ou l'essence, pour les véhicules électriques, la question se pose de savoir quelle technologie de batterie se trouve dans le fuselage. La batterie lithium-ion domine actuellement. Mais d’autres technologies tentent de s’impliquer, notamment les batteries sodium-ion et les batteries lithium fer phosphate. Comme c'est souvent le cas, il n'existe actuellement aucune technologie de batterie unique qui puisse tout faire : une densité énergétique élevée, des courants de charge élevés, une stabilité de cycle élevée, un retardateur de flamme, et tout cela au prix le plus bas avec un taux de recyclage de 100 % et des matières premières facilement accessibles. Si tout cela était combiné dans une seule technologie, l’e-mobilité n’aurait plus de critiques. Mais le fait est que chaque technologie de batterie a ses avantages et ses inconvénients spécifiques. Ceux-ci doivent être soigneusement pesés afin de pouvoir sélectionner la meilleure technologie pour l'application respective. Cependant, les objectifs des voitures électriques sont extrêmement contradictoires : d’une part, l’autonomie doit être aussi longue que possible, mais la voiture doit être bon marché à l’achat pour le grand public. A ce jour, ce n'est pas possible ! Mais si l’on change les objectifs dans un sens ou dans l’autre, les technologies de batteries alternatives peuvent déjà offrir des avantages intéressants.

Une règle générale est la suivante : plus la batterie est grande, plus la portée est longue. Mais aussi : plus le prix est élevé. Pourquoi la batterie lithium-ion occupe-t-elle actuellement une telle position dominante ? Nous interrogeons le chercheur Marcus Jahn, responsable de l'unité de compétence Technologies de batteries à l'Institut autrichien de technologie (AIT), et véritable expert des différentes technologies de batteries. "Nous connaissons la technologie lithium-ion que nous utilisons actuellement depuis le début des années 1990. Cependant, nous sommes désormais parvenus à rendre les cellules nettement plus puissantes. Néanmoins, nous sommes déjà proches de la limite physique avec ce type de batterie. Nous ne pouvons plus nous attendre à des progrès significatifs dans ce domaine." Les batteries lithium-ion présentent des avantages indéniables : elles offrent une densité de puissance élevée, ont une durée de vie solide d’environ 1 000 cycles de charge et sont raisonnablement sûres à construire. Revers de la médaille : les basses températures ne sont pas vos amies, le recyclage est encore aujourd'hui très coûteux - car complexe - et surtout ils utilisent des matériaux rares comme le nickel, le manganèse et le cobalt. Sans compter que l’exploitation du lithium est très polluante et que la plupart des gisements sont connus en Amérique du Sud et en Australie, ce qui ouvre aussi une « dépendance géopolitique » – ce que le chercheur Jahn ne décrit pas.

Si la batterie devient moins chère, la voiture électrique dans son ensemble devient moins chère. C’est pourquoi des recherches intensives sont menées sur des alternatives. Il existe actuellement deux technologies qui pourraient éventuellement - sous certains angles - concurrencer la batterie lithium-ion : la batterie lithium fer phosphate (LFP en abrégé) ou les batteries sodium-ion. Les deux variantes présentent des avantages et des inconvénients spécifiques. Ford utilise déjà la batterie LFP sur certains modèles car, selon le constructeur, elle offre un avantage de prix d'environ 15 pour cent. Autres avantages : grande stabilité de cycle, moins sensible à la température, ne nécessite pas de matières premières rares et est presque 100 % recyclable, seul l'électrolyte doit être éliminé. Cela signifie que les batteries LFP pourraient rendre le démarrage d’une voiture électrique plus abordable. L’inconvénient : la densité énergétique est plus faible, il faut donc plus de cellules pour la même autonomie qu’avec une batterie lithium-ion. Cela augmenterait encore le poids – et aussi le prix. Cependant, si cette technologie est utilisée dans des véhicules qui ne doivent pas atteindre l’autonomie maximale, elle offre un net avantage en termes de coût et d’environnement. Le chercheur Marcus Jahn estime la différence de densité énergétique à environ 20 pour cent. "L'objectif ici ne devrait pas être d'échanger la batterie lithium-ion 1:1 contre la batterie LFP, mais plutôt que la technologie peut être une alternative rentable si elle est utilisée correctement et si l'usage prévu est choisi en conséquence", explique le chercheur.

Les batteries sodium-ion se font actuellement un nom en Chine et connaissent une popularité croissante. Marcus Jahn, chercheur à l'AIT, peut également témoigner des propriétés très positives des cellules : « La batterie sodium-ion a fait l'objet de recherches intensives depuis environ sept ans. La technologie était à l'origine destinée à un fonctionnement stationnaire car elle permet des coûts par kilowattheure attractifs. Autres avantages : le sodium est facilement disponible dans le monde entier, ce qui réduit les coûts. Mais d’une part, cette pile nécessite également des matières premières rares en dehors du lithium et ne peut pas être intégrée au lithium dans le même processus de recyclage. Mais le point de friction est différent : la densité énergétique est plus faible, il en manque environ un quart dans la pile au lithium. Moyens : L'avantage de prix est à nouveau acheté aux dépens de l'assortiment. Mais Marcus Jahn, chercheur en batteries, tente d'expliquer pourquoi cette technologie a encore du potentiel : « Nous ne devons pas oublier que la demande de voitures électriques va augmenter considérablement aujourd'hui et à l'avenir. Il faut donc rapidement beaucoup de batteries, et tous les utilisateurs de voitures électriques n'ont pas besoin d'une autonomie de 700 kilomètres. Ici, la batterie sodium-ion peut être un bon compromis entre autonomie, disponibilité et prix. A la fin de notre entretien, nous avons demandé au chercheur quel type de batterie nous utiliserions à moyen terme, dans les cinq prochaines années. La réponse : « Jusque-là, le type lithium-ion dominera. » Mais la suite reste une question ouverte, compte tenu de l’état actuel de la recherche.

Lithium-ion

+ haute densité énergétique

+ stabilité de cycle solide

+ des recherches approfondies

- cher

– une production gourmande en ressources

– un recyclage complexe

Phosphate de fer et de lithium

+ moins cher

+ très grande stabilité de cycle

+ moins sensible à la température

– densité énergétique plus faible

Ions sodium

+ Le sodium est abondant et facile à obtenir

+ donc moins cher

+ Peut être produit sur les lignes de production lithium-ion

– densité énergétique plus faible

– jusqu’au lithium, dont la production est tout aussi gourmande en ressources

– un recyclage complexe