L’état des batteries à semi-conducteurs : nous sommes peut-être à l’aube d’une révolution des véhicules électriques
Les véhicules électriques sont peut-être devenus beaucoup plus populaires au cours des cinq dernières années, mais cela malgré certains problèmes auxquels ils sont toujours confrontés, notamment en termes d'autonomie limitée et de vitesses de chargement lentes. Le résultat de ces problèmes est que de nombreux acheteurs ne savent pas vraiment si un véhicule électrique pourrait leur convenir. Mais il existe une technologie qui a été saluée comme un sauveur pour tous les problèmes de véhicules électriques liés aux batteries, et c'est la technologie des batteries à semi-conducteurs.
Cette technologie est tellement médiatisée depuis si longtemps qu’à l’heure actuelle, elle semble non seulement presque mythique, mais aussi comme si nous ne la verrions peut-être jamais dans le monde réel. Alors, quel est l’état actuel des batteries à semi-conducteurs et jusqu’où sommes-nous encore loin de les voir enfin et de récolter leurs fruits ? Voici un aperçu.
Que sont les batteries à semi-conducteurs ?
Qu’est-ce qu’une batterie solide en premier lieu ? Les batteries à semi-conducteurs conservent les principes fondamentaux de la conception des batteries traditionnelles, proposant une anode et une cathode avec un séparateur poreux au milieu et une substance à travers laquelle les électrons circulent d'un côté à l'autre. Ceci crée à son tour un circuit. Mais alors qu’une batterie conventionnelle est construite avec une solution d’électrolyte liquide à l’intérieur, une batterie à semi-conducteurs fait du séparateur entre l’anode et la cathode l’électrolyte lui-même.
Le résultat final ? La batterie est beaucoup plus dense en énergie, ce qui permet aux fabricants d'intégrer plus d'énergie dans un boîtier de même taille ou de construire des batteries d'un niveau d'énergie similaire mais beaucoup plus petites. Un autre gros avantage est le fait que les batteries à semi-conducteurs sont beaucoup plus rapides à charger. Ainsi, dans le cas d'un véhicule électrique, vous n'aurez pas à passer autant de temps à une station de recharge, à condition que le chargeur lui-même puisse fournir suffisamment d'énergie.
La technologie des batteries à semi-conducteurs n’est pas nécessairement nouvelle, mais elle a jusqu’à présent été très difficile à fabriquer et très coûteuse à mettre en œuvre, ce qui a empêché les batteries à semi-conducteurs d’être largement utilisées. C'est là que l'innovation entre en jeu. Les fabricants s'efforcent de rendre les batteries à semi-conducteurs moins chères à fabriquer, afin qu'elles puissent être utilisées à un niveau beaucoup plus répandu.
"Les inconvénients incluent actuellement des coûts de fabrication plus élevés associés à la manière dont l'électrolyte solide est fabriqué et pressurisé dans les cellules", a déclaré le Dr Reeja Jayan, professeur agrégé de génie mécanique à l'Université Carnegie Mellon . « De plus, l’électrolyte solide n’est pas très efficace pour conduire les ions lithium, ce qui réduit la capacité globale, la durabilité et la stabilité. Avec la R&D, ces problèmes seront bientôt résolus.
Un avenir pas si lointain
Mais nous entendons parler de ces nouvelles innovations depuis de nombreuses années maintenant et nous ne les avons pas encore vues dans les véhicules électriques. Alors, jusqu’où sommes-nous enfin pour obtenir des véhicules électriques équipés de batteries à semi-conducteurs ? Eh bien, ils ne sont pas tout à fait au coin de la rue, mais nous n’aurons peut-être qu’à attendre encore quelques années.
« Presque tous les [fabricants] automobiles participent activement à la course aux batteries à semi-conducteurs avec diverses stratégies, telles que la recherche interne, les partenariats stratégiques et les investissements directs dans les entreprises de batteries à semi-conducteurs », a déclaré Stephanie Valdez Streaty, industrie de Cox Automotive. directeur des insights . « Cependant, la commercialisation des batteries à semi-conducteurs n’est pas encore disponible avant quelques années. Sur la base des engagements et des progrès réalisés, nous pourrions commencer à voir une commercialisation de batteries à semi-conducteurs à la fin de la décennie. Le consensus général parmi les acteurs de l’industrie est que les transistors arriveront sur le marché d’ici 2030. »
Une grande partie de cela semble être due à la concurrence. Alors que Toyota a fait des annonces assez importantes en matière de batteries à semi-conducteurs l'année dernière , des sociétés comme BMW, Mercedes-Benz et d'autres ont également fait des annonces concernant la technologie. Non seulement cela, mais Toyota a en fait créé une coalition avec Nissan et Panasonic qui vise à stimuler la production de batteries à semi-conducteurs au Japon dans le but de maintenir la compétitivité des entreprises japonaises dans le secteur des batteries, dominé par la Chine et la Corée du Sud. En gros, la course est lancée.
Mais il reste encore quelques problèmes à résoudre avant que les batteries à semi-conducteurs ne soient viables pour les consommateurs.
Des attentes élevées
Mais qu’en est-il du battage médiatique ? Est-il vraiment probable que nous finissions par voir des véhicules électriques avec une autonomie proche de 1 000 milles ? Eh bien, cela reste largement à voir.
Certaines entreprises revendiquent encore des améliorations massives de l’autonomie des véhicules électriques, et Toyota pense pouvoir offrir une autonomie électrique d’environ 900 miles avec une seule charge. Cependant, il s’agit d’un produit très haut de gamme et probablement avec une très grosse batterie très coûteuse à fabriquer. Le résultat final, selon Jayan, est que nous verrons pour la première fois la nouvelle technologie de batterie dans les véhicules de luxe comme Mercedes.
« Avec le temps, nous verrons les prix baisser », dit-elle.
En effet, Mercedes a fait des progrès dans la technologie des batteries à semi-conducteurs – et a même récemment annoncé que ses véhicules de nouvelle génération utiliseraient des batteries à semi-conducteurs capables d’étendre l’autonomie « jusqu’à 80 % ». C'est grâce à son investissement dans la société de technologie de batteries Factorial, qui a également reçu des investissements de Hyundai et Stellantis.
Factorial affirme que son objectif est de libérer plus de 600 miles d’autonomie pour les véhicules électriques de nouvelle génération, tout en réduisant le poids de 40 %. Les économies de poids contribuent non seulement à améliorer l’autonomie, mais réduisent également l’usure des pneus et facilitent la circulation des véhicules électriques sur nos routes.
Et la technologie des batteries à semi-conducteurs présente même des avantages en matière de sécurité.
"Ces batteries utilisent des électrolytes solides, généralement ininflammables et plus stables à haute température, réduisant ainsi les risques d'incendies et de fuites de produits chimiques", a déclaré Valdez Streaty.
La prochaine génération
En termes simples, nous pourrions bien être enfin au point de bascule des véhicules prêts à la consommation équipés de batteries à semi-conducteurs.
Les experts semblent être d’accord. Ces batteries sont sur le point d'être prêtes pour les heures de grande écoute, mais elles restent chères, ce qui signifie que nous les verrons d'abord dans des véhicules de luxe aux prix élevés. Cependant, le simple fait de les diffuser dans le monde réel contribuera à réduire leurs coûts de fabrication. Plus des entreprises comme Factorial fabriquent ces batteries, plus cela améliorera la fabrication et réduira les coûts, permettant ainsi d’utiliser des batteries à semi-conducteurs pour des véhicules moins chers.
Il semble de plus en plus probable que nous commençons à voir des véhicules de luxe avec une autonomie extrêmement longue dans les années qui précèdent la prochaine décennie. Dans le même temps, cependant, nous pourrions encore voir la technologie des batteries à semi-conducteurs utilisée dans des véhicules électriques moins chers – simplement sous la forme de batteries à semi-conducteurs plus petites qui offrent une autonomie similaire à celle des véhicules électriques actuellement sur les routes.
Selon Jayan, « les batteries à semi-conducteurs offrent une voie prometteuse vers la création de véhicules électriques sûrs, abordables et à longue autonomie, qui répondent également à tous les besoins d'un consommateur qui tente de s'éloigner des voitures à essence ».