Avec l’arrêt programmé de la vente de voitures thermiques en 2035, des millions de véhicules électriques feront progressivement leur apparition sur nos routes. Mais comment faire face aux besoins croissants en batteries, composées de lithium, cobalt, nickel, manganèse et graphite, ressources aujourd’hui rares et/ou limitées ? Rassurez-vous, de nouvelles batteries automobiles sont sur le point de voir le jour, plus avantageuses que jamais : batteries intelligentes, batteries solides, ou encore batteries au sodium… Le débrief dans cet article.
La batterie de voiture lithium nouvelle génération, en phase prototype
La batterie du futur, intelligente, plus économique et surtout plus écologique, sera bientôt une réalité pour les constructeurs automobiles.
Parmi les solutions en cours de réflexion, la batterie au lithium-ion intelligente est une innovation française, signée Stellantis, le CNRS et Saft. L’innovation repose sur un système de conversion d’énergie intelligent, spécialement conçu pour injecter le courant électrique alternatif de charge, sans onduleur ni chargeur.
Dans une voiture électrique avec batterie “classique” en technologie lithium-ion, l’onduleur et le chargeur servent à transformer le courant alternatif (AC) en courant continu (DC).
Les chercheurs mobilisés sur le projet IBIS (pour Intelligent Battery Integrated System) ont réussi la prouesse de réduire le nombre de pièces d’une batterie électrique. L’onduleur et le chargeur sont remplacés par des cartes de conversion électroniques, installées au plus près des cellules de la batterie. Les avantages de ce système intégré de batterie intelligente sont les suivants :
✅ Un gain de place pouvant servir le design du véhicule, par exemple pour augmenter la capacité du coffre d’un véhicule.
✅ Un gain de poids sur le poids total de la batterie (une dizaine de kilos en moins).
✅ Un gain d’énergie et de consommation d’électricité, du fait d’une chaîne de traction simplifiée.
✅ Une durée de vie prolongée. Les cellules d’une batterie intelligente seront moins sollicitées (par impulsion) que les batteries actuellement commercialisées et installées dans nos voitures électriques.
Le courant alternatif de charge directement exploitable – sans conversion en courant continu – pourrait aussi servir des bornes de recharges encore plus puissantes. Il pourrait aussi profiter au développement du V2G (Vehicle-to-Grid), technologie qui permet de réinjecter l’énergie d’une batterie de voiture électrique dans le réseau d’électricité.
Si le projet IBIS a débuté en 2018, il est à ce jour loin d’être finalisé. Les équipes travaillent actuellement au prototype d’une batterie intelligente adapté à un véhicule électrique… Ce qui laisse encore quelques années devant nous, avant de voir le produit à la vente et disponible dans nos futures voitures électriques.
La batterie solide de voiture électrique, encore à l’essai
Cette technologie tout-solide est sans doute l’une des innovations les plus attendues ces prochaines années. Quand les batteries lithium-ion utilisent un liquide (appelé électrolyte) pour stocker et fournir de l’énergie, la batterie solide pourrait, elle, être composée d’un électrolyte solide, à base de polymères et de lithium métallique mince.
La batterie solide est encore à l’essai, mais présenterait a priori de nombreux avantages :
✅ Pas de métaux lourds ni de solvants utilisés, réduisant la dépendance aux ressources clés traditionnellement utilisées pour les batteries lithium-ion.
✅ Son processus de fabrication serait également plus simple et moins coûteux que le processus de fabrication d’une batterie lithium-ion.
✅ Pas de liquide, réduisant les risques d’échauffement, d’inflammation et de fuite… Renforçant in fine la fiabilité des batteries.
✅ Une meilleure densité d’énergie, offrant une plus grande autonomie que les batteries lithium-ion.
A ce jour, cette technologie n’est pas encore au point. En cause, ces batteries du futur auraient une durée de vie inférieure aux batteries lithium-ion, et ne permettraient pas de recharger autant de fois un véhicule électrique (moins de cycles de charge/décharge).
La batterie au sodium : un avenir prometteur pour les véhicules électriques
Vous ne rêvez pas. Les batteries du futur pourront être prochainement fabriquées à base de sodium, un minéral présent notamment dans le sel (présent en abondance en France grâce à nos 20 000 km de côtes).
Face aux besoins croissants d’utilisation du lithium pour la fabrication de batteries de véhicules électriques, le sodium se présente comme une alternative tout à fait fiable et viable.
✅ Le sodium est 1000 fois plus abondant sur Terre que le lithium, ce qui réduirait considérablement la dépendance à la ressource, notamment aux métaux lourds (cobalt, nickel, lithium, graphite) extraits dans d’autres continents.
✅ Les batteries sodium-ion – déjà testées des tournevis sans fil – présentent d’excellentes performances notamment sur les cycles de charge/décharge. Ces batteries se rechargent d’autant plus vites que les technologies au lithium, jusqu’à 10 fois plus vite que les batteries lithium-ion d’après le CNRS.
✅ Un coût économique moindre. Le sodium coûte bien moins cher que le lithium du fait de sa disponibilité en masse. La technologie est aussi plus simple à concevoir.
✅ Les batteries au sodium sont de surcroît plus durables que les batteries conventionnelles au phosphate de fer, au cobalt, au nickel et au manganèse. Si l’extraction du lithium reste très polluante, ce métal est aussi difficile à recycler… L’exact contraire du sodium, facile à prélever et à recycler !
Les premières voitures électriques équipées de batteries sodium-ion ont même déjà faire leur apparition, en série, avec la JAC Yiwei EV (la marque JAC étant née d’une collaboration entre le groupe allemand Volkswagen et l’Etat chinois). Cette technologie est amenée à évoluer et à gagner en performance. La solution pourrait être bientôt industrialisée en vue d’une commercialisation sur le marché européen.
Batteries du futur : quels enjeux pour la voiture électrique ?
Vous l’avez compris, l’avenir des batteries de voitures électriques est très prometteur, à la croisée de plusieurs enjeux :
- Économiques. Cela n’est un secret pour personne : les métaux lourds coûtent cher et sont pour certains rares. Face à ce constat, il est urgent de proposer des solutions alternatives en recourant à des matériaux massivement disponibles, plus abordables et moins énergivores. La R&D autour de procédés simplifiés pourrait aussi réduire le coût de production des batteries.
- Sociaux. Les batteries du futur pourraient considérablement réduire la dépendance de l’Union européenne et de la France à certains pays d’Afrique et d’Amérique pour l’extraction de matériaux, et d’Asie (par exemple la Chine) pour le raffinage de métaux lourds… Dans ces mêmes pays, l’accès à la ressource (cobalt, lithium notamment) fait à ce jour toujours débat d’un point de vue social et éthique.
- Environnementaux. Des batteries moins lourdes, moins énergivores, plus durables dans le temps, et de surcroît sourcées en France ou dans l’Union européenne pourront bientôt faire leur apparition… À terme, les batteries nouvelle génération pourraient réduire leur dette carbone, depuis la production jusqu’au recyclage de batterie.
