Quelles sont les prochaines étapes après les piles au lithium-ion dans les véhicules électriques?

Depuis leur invention dans les années 1990, les batteries lithium-ion sont devenues de plus en plus populaires en raison de leur poids relativement léger, de leur taille compacte, de leur longue durée de vie et de leur forte densité énergétique.

Fondamentalement, une cellule Li-ion se compose généralement d'une anode en graphite et d'une cathode en oxyde stratifié revêtues de collecteurs de courant, séparées par un séparateur imbibé d'électrolyte liquide organique.

Présentées sous forme de poche, de prisme ou de cylindre, les cellules Li-ion constituent la base des batteries Li-ion.

Leurs performances relativement élevées, leur faible coût et leur grande disponibilité font des batteries Li-ion la technologie de stockage d'énergie par excellence pour de nombreuses applications, des appareils électroniques aux véhicules électriques, en passant par les grands systèmes stationnaires de stockage d'énergie.

Pour la plupart des applications, il est peu probable que les batteries Li-ion, sous une forme ou une autre, soient remplacées dans les dix prochaines années.

Néanmoins, en raison des limites de leurs performances et des considérations liées à l'environnement et à la chaîne d'approvisionnement, des développements et des innovations continuent d'être réalisés pour les technologies de batteries de la prochaine génération.

Les technologies lithium-ion avancées et les alternatives ont toutes deux attiré une attention considérable.

Parmi les potentielles alternatives, les batteries à l'état solide, qui reposent sur des innovations en matière d'électrolyte à l'état solide, ont donné lieu à des investissements continus.

En tant qu'innovation dans l'électrolyte, les batteries à l'état solide peuvent également fonctionner avec d'autres innovations telles que le lithium métal, l'anode en silicium, les cathodes à haute tension, les nouvelles conceptions de cellules, la fabrication à sec, etc.

De nombreux informations ont été publiées sur les progrès des batteries à semi-conducteurs et sur les prototypes de véhicules électriques équipés de batteries à semi-conducteurs.

Il semble que les batteries à semi-conducteurs seront principalement axées sur les cellules de batterie.

Ce ne sera qu'une partie de l'attention portée à l'avenir. Les axes de développement ont connu une transition du développement des matériaux et de la démonstration des cellules vers la validation des cellules et la conception des systèmes.

Le concept de la conception de la cellule à l'emballage (CTP) n'est pas nouveau. On le retrouve dans des conceptions basées sur des batteries lithium-ion, telles que la batterie à lame de BYD et les conceptions CTP de CATL.

Le concept de la conception de la cellule à l'emballage (CTP) deviendra plus important en raison de la meilleure sécurité des cellules de batteries à l'état solide.

La sécurité des batteries se traduit par une conception plus souple des packs et par une réduction du nombre de composants électroniques utilisés dans les modules/packs de batteries.

La conception bipolaire permet un conditionnement plus étroit et une densité énergétique plus élevée.

Il est possible que les premières générations de piles à l'état solide ne soient pas équipées d'une cathode à haute tension et à haute capacité et d'une anode en lithium métal, ce qui conduirait à des densités d'énergie inférieures à celles des piles lithium-ion commerciales.

Les coûts initiaux des cellules de batteries à semi-conducteurs devraient être plus élevés que ceux des batteries lithium-ion.

Cependant, avec une densité énergétique plus élevée au niveau du pack, une conception flexible et moins de matériaux/composants utilisés, il est possible que les packs de batteries à l'état solide soient comparables, voire meilleurs, que les batteries lithium-ion.

En ce qui concerne le système de gestion thermique, il est également nécessaire pour les piles à l'état solide.

Les batteries à semi-conducteurs peuvent fonctionner dans une zone de sécurité différente. Par conséquent, la température idéale requise pour les batteries à semi-conducteurs peut être différente de celle des batteries lithium-ion.

Avec la conception des cellules, les systèmes de gestion thermique et de protection mécanique peuvent être combinés pour la conception des systèmes de batteries à l'état solide.

La batterie à semi-conducteurs à base de polymères a déjà été commercialisée et utilisée dans des véhicules, comme le eCitaro de Daimler.

D'autres technologies sont testées pour les équipementiers.

Cependant, la plupart des piles à l'état solide commercialisées, et celles qui le seront prochainement, sont des piles hybrides, c'est-à-dire qu'elles peuvent contenir une petite quantité de liquide ou de gel.

À proprement parler, ce ne sont pas toutes des batteries à l'état solide.

Du point de vue de l'utilisateur final, peu importe la technologie déployée Tant que les batteries offrent les caractéristiques requises, elles sont acceptables.

Même les batteries hybrides à l'état solide peuvent offrir des performances améliorées, et pourraient constituer une bonne voie de transition.

Les technologies devenant de plus en plus matures, le passage aux batteries à l'état solide peut se faire en douceur.

Source: IDTechEx