Les batteries à semi-conducteurs ont été saluées comme le Saint Graal des véhicules électriques, et bien que cela puisse être exagéré, elles promettent d’augmenter l’autonomie et de réduire les temps de charge, rapprochant ainsi les véhicules à zéro émission de la parité avec leur concurrence avec les combustibles fossiles.

Pourtant, les batteries à l’état solide, qui utilisent un électrolyte solide, par opposition à un liquide ou à un gel, restent juste au-dessus de l’horizon. Récemment, ils ont commencé à ressembler moins à des vaporwares qu’à un vrai produit, et ils commenceront probablement à faire leur chemin dans les voitures et les camions d’ici la fin de la décennie. Pourtant, c’est un calendrier qui donne une ouverture aux concurrents.

L’un de ces concurrents est une société appelée SES, qui a annoncé la semaine dernière avoir fabriqué une nouvelle batterie qui promet de presque doubler la densité énergétique des cellules lithium-ion actuelles. La clé consistait à éliminer un morceau de la batterie qui ajoutait du poids et de l’épaisseur tout en n’introduisant pas de conditions dangereuses pouvant entraîner un incendie.

SES a éliminé le graphite de l’anode, la partie de la batterie qui accepte les ions lithium pendant la charge. Au lieu de cela, il a une anode de lithium en métal pur. En laissant tomber le graphite de l’anode, SES a économisé du poids et de l’espace, mais il a également dû trouver comment gérer le lithium pur, un métal hautement réactif. Lorsqu’il est utilisé comme anode, le lithium pur a souvent entraîné la mort prématurée des batteries.

Pour rendre les anodes lithium-métal sûres et durables, la société a géré la formation de dendrites en utilisant une approche à trois volets. Les dendrites sont des structures hérissées qui peuvent se former dans les batteries lithium-ion, en particulier lorsque les cellules sont chargées ou déchargées rapidement. S’ils deviennent trop gros, ils peuvent combler l’écart entre l’anode et la cathode, provoquant un court-circuit qui peut mettre le feu à l’électrolyte (de nombreux électrolytes actuels sont hautement inflammables).

D’autres entreprises tentent d’éliminer le problème des dendrites en remplaçant l’électrolyte liquide par un électrolyte solide, créant une barrière physique pour empêcher la croissance des dendrites. Mais produire en série des batteries lithium-métal avec des électrolytes solides a été un défi, et le perfectionnement du processus prendra encore plusieurs années, c’est pourquoi d’autres entreprises ont recherché des approches hybrides.

Solution salée

L’approche hybride de SES commence par revêtir l’anode d’un composé exclusif qui permet à l’entreprise d’utiliser du lithium pur au lieu du graphite, que la plupart des batteries lithium-ion utilisent aujourd’hui. Ensuite, SES utilise un électrolyte liquide saturé d’un sel qui, selon le PDG Qichao Hu, est beaucoup plus sûr à utiliser.

« C’est en fait principalement du sel », a déclaré Hu. « Ce nouveau liquide est essentiellement très stable sur le lithium métal, très sûr, ininflammable, non volatil, non organique. » Un évaluateur tiers a pu enfoncer un clou dans une cellule sans provoquer d’incendie, ce que vous ne pouvez pas faire avec les batteries lithium-ion d’aujourd’hui.

Ensuite, l’entreprise surveille ses batteries avec des modèles d’intelligence artificielle entraînés sur des données glanées à partir de cellules précédentes, à la recherche de défauts ou de variations pouvant éventuellement entraîner des problèmes. À l’heure actuelle, tout cela se passe en laboratoire, mais SES étudie des moyens d’apporter les mêmes capacités de surveillance aux véhicules sur la route. Un tel système peut s’appuyer sur des paramètres de base tels que la température ou la tension, ou il peut nécessiter des capteurs supplémentaires, a déclaré Hu. « Tous ceux-ci sont encore en négociation » avec les constructeurs automobiles.

Si les capteurs déterminent qu’une cellule ne se comporte pas correctement, Hu a déclaré qu’il existe deux manières différentes de résoudre le problème. L’une pourrait consister à utiliser un protocole de charge spécial pour replaquer le lithium sur l’anode, en essayant essentiellement de défaire la dendrite. Mais si cela échoue, ou si des protocoles de charge spéciaux ne sont pas disponibles parce qu’un chargeur ne le prend pas en charge, la batterie peut signaler une défaillance de cellule prévue afin qu’elle puisse être remplacée avant qu’elle ne provoque un court-circuit.

Chronologie serrée

Les tests des cellules de SES se sont suffisamment bien déroulés pour que les constructeurs automobiles évaluent les échantillons initiaux, et Hu espère qu’ils auront optimisé les échantillons d’ici la fin de l’année prochaine. Actuellement, la société est en partenariat avec GM, Hyundai, Geely, SAIC et Foxconn, et construit une usine à Shanghai qui devrait être terminée en 2023.

« Nous visons à mettre cela dans une voiture sur la route, peut-être 2025 », a déclaré Hu. Bien que dans des années, cela les placerait toujours devant des concurrents à semi-conducteurs comme Solid Power, dont le calendrier réaliste cible la seconde moitié de la décennie. « Oui, c’est serré », a-t-il déclaré. Hu a déclaré que le travail de l’entreprise jusqu’à présent « nous donne l’assurance que c’est faisable. Agressif, mais faisable.