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Voiture électrique : les batteries solides bientôt d'actualité ?

Publié par le , Mis à jour le 25/02/2020 à 10:21
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La batterie est le facteur qui divise au sein de l'auto électrique : elle est lourde, sa fabrication est polluante, nécessite l'extraction de métaux rares et son autonomie reste relativement limitée. Bonne nouvelle cependant : des chercheurs de l'Institut Fraunhofer en Allemagne ont trouvé une nouvelle composition chimique pour les éléments de la batterie solide, une alternative à la batterie lithium-ion classique.

Les batteries solides : compenser les défauts inhérents à la batterie au lithium classique

Certains ne le savent peut-être pas, mais les batteries installées au sein des voitures électriques sont des accumulateurs au lithium, plus précisément lithium-ion. Au début du XXIe siècle, les accumulateurs au lithium ont progressivement remplacé les anciennes batteries au nickel (la fameuse Ni-Mh, nickel-hydrure métallique, que l'on trouvait par exemple dans les modèles réduits ou encore les répliques d'airsoft). Les batteries Ni-Mh étaient, certes, plus sûres que les batteries au nickel, mais bien moins performantes.

Pour autant, la batterie lithium-ion classique est loin d'être parfaite. Elle comporte toujours de nombreux défauts, qui limitent notamment l'auto électrique. Elle utilise notamment des électrolytes (une substance conductrice contenant des ions mobiles) liquides, dangereuses et contraignantes. Ainsi, la batterie « solide » pourrait apporter une réponse aux failles de la lithium-ion conventionnelle. Au lieu d'utiliser des électrolytes liquides, la batterie solide utilise des électrolytes solides en céramique.

L'anode (électrode positive, opposé à la cathode, qui est elle négative) des batteries solides est réalisée en lithium métal, chose impossible avec les électrolytes liquides des batteries lithium-ion. En effet, ces dernières réagissent trop violemment avec le lithium métal, entraînant des dommages non-négligeables.

Une technologie qui profiterait au défi de la voiture électrique

Ces évolutions permettent tout d'abord à la batterie solide de gagner en densité énergétique. Sa capacité et donc l'autonomie des voitures électriques équipées seront donc accrues. Elle s'affranchit également de la limite en température de 60°C des batteries lithium-ion, permettant de simplifier son refroidissement. La recharge, qui pose quelques contraintes en termes de température, est donc plus rapide pour une batterie solide. L'accélération, qui met la batterie lithium-ion à rude épreuve, sera aussi facilitée par cette technologie. Elle est aussi moins dangereuse car elle ne dépend pas d'un électrolyte liquide inflammable, entre autres responsables des « smartphones qui prennent feu » en cas de surcharge.

En outre, la batterie solide est moins dépendante de certains métaux rares comme le cobalt. De facto, elle réduira mécaniquement l'empreinte écologique des batteries électriques et in fine des voitures électriques. Une aubaine, dans un contexte où les constructeurs européens sont poussés à produire des voitures toujours plus « propres ».

Toutefois, cette technologie qui intéresse depuis quelques temps déjà fait face à une difficulté de taille : les matériaux envisagés pour concevoir l'électrolyte en céramique ont une conductivité ionique assez faible. C'est un obstacle certain pour une charge rapide par exemple.

La recherche avance : des scientifiques allemands ont composé un nouveau électrolyte

Pour répondre à cet obstacle, les scientifiques et chercheurs du monde entier étudient de nouveaux matériaux, à la fois pour les électrodes et pour les électrolytes de ces batteries solides. Des scientifiques allemands de l'Institut Fraunhofer se sont penchés sur les propriétés de céramiques faites à partir de sodium, de phosphore et de zirconium en proportions différentes. Dénommées NZP, ces céramiques disposent d'une conductivité ionique élevée, répondant donc au besoins actuels en matière de batteries ou encore de recharge.

Pour réaliser ces éléments, ces chercheurs ont également pris en compte l'abondance de ces matériaux dans la croûte terrestre pour éviter l'impasse des métaux rares, ainsi que leur absence de toxicité. En effet, il faut savoir que de nombreuses technologies de stockage d'énergie ont pu être toxiques. C'était par exemple le cas des accumulateurs Ni-Cd (nickel-cadmium), qui précédaient les accumulateurs Ni-Mh. « Les éléments chimiques qui composent les matériaux de l'électrolyte que nous avons étudié sont abondamment disponibles dans la croûte terrestre en Europe. Nous éviterons ainsi le besoin d’utiliser des métaux rares et coûteux ou en provenance de pays lointains », affirme Daniel Mutter, à la tête de l'équipe de l'institut.

 
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1 RÉACTION
ROBERT Jean-Yves 24/02/2020 à 19:37
Merci pour cet état actualisé de la technique ! Il y a encore à faire pour plus de propreté, de facilité de mise en œuvre, de rendement ... D'autres évolutions sont attendues ...

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