Batterie solide. Où en est l'avenir annoncé de la voiture électrique ?

Après le passage du plomb au lithium-ion, la voiture électrique s’apprête-t-elle à vivre une nouvelle révolution ? C’est en tout cas ce que la plupart des constructeurs espèrent en investissant dans les batteries dites solides, par opposition aux accumulateurs actuels à électrolyte liquide. Mais, en dépit des annonces qui se multiplient, cette technologie demeure méconnue du grand public. La faute aussi bien à sa complexité apparente qu’à un calendrier de lancement encore flou. Certains, comme Tesla, se montrent même sceptiques et minimisent les avantages supposés de ce type de batterie, tandis que rares sont ceux qui imaginent une démocratisation avant le milieu de la décennie. L’argus vous propose de faire le point.

Une batterie solide, qu’est-ce que c’est ?

batterie solide schéma — Lorsqu’une batterie lithium-ion se décharge, des électrons et des ions lithium passent de l’anode, le pôle négatif, à la cathode, l’électrode positive. Ils font le chemin inverse lors des recharges.

Pour bien comprendre ce qu’est une batterie solide, il faut déjà savoir comment fonctionne une batterie classique. Elle stocke invariablement de l’électricité, qu’elle est ensuite capable de restituer ou de récupérer grâce à une réaction chimique appelée oxydoréduction. Pour cela, il faut faire circuler des électrons entre deux électrodes : la cathode, qui représente le pôle positif, et l’anode, qui est le pôle négatif. Ces deux bornes sont immergées dans une substance conductrice, l’électrolyte. C’est lui qui permet aux ions, ces atomes ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, de se déplacer d’un côté à l’autre en fonction des phases de charge et de décharge. Dans une batterie lithium-ion, cet électrolyte est liquide.

batterie solide composition — Alors qu’une batterie lithium-ion classique utilise un électrolyte liquide, ce composant devient solide dans un accumulateur tout solide.

Avec la batterie tout solide (all solid state battery ou ASSB en anglais), vous l’aurez deviné, le but serait d’utiliser un matériau solide, qui peut prendre la forme d’un polymère ou d’une sorte de céramique. Cela présente des avantages… et des inconvénients. Attention, il existe aussi des batteries dites semi-solides, qui conservent des composants liquides et sont ainsi plus simples à industrialiser. C’est le choix de la jeune marque chinoise Nio pour ses berlines ET5 et ET7. Et il semble que sa compatriote Dongfeng ait fait de même pour la flotte de 50 taxis E70 qu’elle vient de lancer en grande pompe en janvier 2022… même si sa communication peut laisser penser le contraire. Ici, nous nous concentrerons seulement sur les « vraies » batteries solides, encore plus prometteuses.

dongfeng batteries solides — Dongfeng a annoncé début 2022 avoir lancé toute une flotte de taxis E70 dotés de batteries solides. Mais leur électrolyte conserve a priori des composants liquides.

nio et7 batteries semi-solides — Dans leurs versions supérieures, les berlines Nio ET5 et ET7 devraient également être dotées d’électrolytes semi-solides, avec une copieuse capacité de 150 kWh.

Quels sont les avantages théoriques ?

Si cette technologie a éveillé autant d’appétits, c’est bien parce que ces avantages par rapport aux batteries actuelles sont colossaux… du moins sur le papier.

Sécurité accrue : l’électrolyte solide n’est pas inflammable, même quand il est fortement chauffé. Cela pourrait ainsi mettre fin aux cas d’incendies de voitures électriques qui ont parfois défrayé la chronique, même s’ils restent assez rares dans l’absolu.
Recharge plus rapide : cet avantage dépend en partie du précédent. Les risques de surchauffe étant écartés, il deviendrait plus facile d’accélérer la vitesse de recharge. L’alliance Renault-Nissan a ainsi récemment évoqué un temps divisé par trois pour faire le plein d’électricité.
Meilleure densité énergétique : grâce à l’utilisation de matériaux haute tension innovants, il deviendrait possible de stocker plus d’énergie dans un encombrement et un poids identiques. D’autant que le système de refroidissement n’aurait plus besoin d’être aussi complexe. On pourrait ainsi sortir du cercle vicieux qui pousse à installer des batteries toujours plus grosses et lourdes pour gagner en autonomie. Volkswagen évoque la possibilité d’excéder les 1 000 km de rayon d’action.

batterie solide nissan — Temps de charge divisés par trois, coûts divisés par deux et densité énergétique multipliée par deux : ce sont les promesses de Nissan pour ses futures batteries solides.

Des coûts inférieurs : sur ce point, les batteries lithium-ion n’ont pas encore dit leur dernier mot. Tous les constructeurs travaillent encore à les rendre moins chères dans les prochaines années, pour tendre vers la parité tarifaire entre voiture thermique et voiture électrique. Mais l’inflation actuelle du coût des matières premières rend cet objectif de plus en plus incertain. En permettant d’utiliser moins de matériaux, grâce à sa meilleure densité énergétique, et en évitant le recours au coûteux lithium pour son anode, la batterie solide pourrait faire mieux. Nissan évoque ainsi des tarifs divisés par deux !
Une meilleure durée de vie : comme vous l’avez sans doute déjà remarqué avec votre smartphone, une batterie lithium-ion perd de sa capacité au fil du temps. Les voitures électriques n’échappent pas à ce phénomène, qui s’accentue chez les utilisateurs multipliant les charges rapides. D’après QuantumScape, associé notamment de Volkswagen, la batterie tout solide permettrait de quasi éliminer ce fâcheux défaut.

Pourquoi tarde-t-elle tant à arriver ?

bolloré bluecar batterie tout-solide — La Bolloré Bluecar disposait déjà d’une batterie solide, mais l’obligation de garder celle-ci à 60-70 degrés impliquait de laisser sa voiture branchée en quasi permanence !

Avec un tel florilège d’avantages théoriques, on pourrait se demander pourquoi la batterie tout solide n’est pas déjà devenue la norme. Mais il reste de nombreux obstacles à franchir pour pouvoir la proposer en série. Il est en effet très difficile de concevoir un électrolyte solide qui soit à la fois très stable, chimiquement inerte et très conducteur. Si la batterie des Bluecar Bolloré est par exemple déjà de type tout solide, son électrolyte en polymère doit être chauffé à 60/70 degrés en permanence. Une contrainte qui oblige à laisser presque tout le temps les véhicules branchés, sous peine de les retrouver rapidement à plat ! Les chimistes du monde entier travaillent ainsi sur le bon choix et le bon dosage des matériaux utilisés, sans qu’un consensus se dégage vraiment.

toyota lq batterie solide — Toyota a transformé son concept LQ pour l’équiper d’une batterie solide, mais il déplore la courte durée de vie de cette dernière.

Les promesses d’une durée de vie accrue sont également loin d’être respectées pour l’instant. Bien au contraire : d’après Toyota, qui est l’un des constructeurs automobiles les plus avancés dans ce domaine, ce serait aujourd’hui le problème majeur des prototypes testés par la marque. Enfin, la production à grande échelle et à coût raisonnable de ces accumulateurs d’un nouveau type est elle aussi un véritable challenge. Pour l’heure, aucun fabricant n’en est réellement capable, et la plupart des batteries solides qui existent coûteraient huit fois plus cher que leurs équivalents lithium-ion à électrolyte liquide, d’après des experts cités par Reuters. Voilà qui donne une idée du chemin qui reste à parcourir.

La batterie tout solide, c’est pour quand ?

lexus sportive électrique — Lexus a annoncé que sa future supercar 100 % électrique, présentée comme la remplaçante de la LFA, pourrait bien être dotée d’une batterie solide.

Avec autant d’inconnues à résoudre, les constructeurs évitent en général de donner un calendrier. La plupart communiquent sur une arrivée en série au mieux pour la seconde moitié de cette décennie, quand d’autres comme BMW tablent plutôt sur 2030. L’un des plus optimistes est Stellantis, qui annonce vouloir « introduire une technologie de batterie à électrolyte solide dès 2026 ». La filiale premium de Toyota, Lexus, a pour sa part récemment évoqué une « possible utilisation d’une batterie tout solide » sur sa future supercar, remplaçante de la LFA. Mais cette formulation ne l’oblige en rien, et la date de lancement de cette sportive, qui devrait être produite en quantité très limitée comme sa devancière, est encore floue.

“C’est finalement encore Nissan qui se montre le plus précis. « D’ici au milieu de l’année 2028, l’objectif est de produire la technologie ASSB en série », a récemment annoncé le constructeur japonais.“

Quels constructeurs proposeront des véhicules à batterie solide ?

mercedes partenariat factorial — Mercedes, Stellantis, Hyundai-Kia… de nombreux constructeurs se sont associés à la start-up américaine Factorial.

Nous l’avons vu, la plupart des constructeurs s’intéressent de près à la batterie solide. Face à la complexité des obstacles à franchir, seuls Honda ou Nissan semblent cependant avoir choisi un développement à 100 % en interne pour l’instant. Les autres ont tous signé des partenariats avec des entreprises spécialisées. Y compris Toyota, qui a conclu un joint-venture avec Panasonic pour compléter le travail de ses propres équipes d’ingénieurs. Stellantis, fruit de la fusion de PSA Peugeot-Citroën et Fiat-Chrysler, a pour sa part jeté son dévolu sur la start-up américaine Factorial, également choisie par Mercedes. La marque à l’étoile a même doublé la mise en ayant investi juste après dans Prologium, la « première société de batteries au monde à produire en masse des batteries solides au lithium céramique ». Hyundai-Kia joue également sur deux tableaux : celui de Factorial d’un côté et celui d’une compagnie nommée Ionic Material de l’autre.

laboratoire quantumscape — Volkswagen a investi dans l’entreprise QuantumScape pour le développement de la batterie solide.

batterie solide production — Pour l’heure, la production en grande série de ce nouveau type de batterie est encore une utopie.

BMW et Ford sont, eux, présents dans le capital d’une autre entreprise américaine au nom très parlant, Solid Power, qui doit inaugurer une ligne de production pilote dès cette année. Le choix de Volkswagen s’est porté sur QuantumScape, fondé en 2010 en Californie, tandis que General Motors pourra s’appuyer sur un joint-venture avec Posco Chemical. Gare également à ne pas oublier les constructeurs chinois. Nous avons vu que Nio et Dongfeng avaient déjà lancé des batteries semi-solides, et l’empire du Milieu reste l’un des premiers producteurs et concepteurs d’accumulateurs dans le monde. Mais Geely, connu en Europe comme le propriétaire de Volvo et Lotus, ne semble de son côté pas vraiment travailler sur le sujet pour l’instant. Le groupe préfère investir dans l’amélioration des technologies à électrolyte liquide. Il n’est d’ailleurs pas le seul dans ce cas. Parmi les absents de marque de cette grande course à la batterie solide on trouve en effet Tesla ! Le constructeur américain a-t-il raison de se montrer aussi prudent ou prend-il au contraire le risque de perdre toute l’avance qu’il avait acquise sur ses rivaux ? Il faudra attendre au moins le milieu de la décennie pour le savoir.