La nouvelle BYD Atto est équipée d’une batterie « Blade » résistante au feu.
Une durée de vie plus longue, une plus grande autonomie et une sécurité accrue pour les batteries des véhicules électriques sont à portée de main grâce à ces développements.
La technologie des batteries progresse rapidement, et les différentes compositions chimiques des cellules ainsi que la technologie de chargement pourraient révolutionner les véhicules électriques (VE) d’ici quelques années.
Voici un aperçu de certaines de ces technologies qui changent la donne, depuis les nouveaux matériaux de batterie jusqu’à la robotique IA pour un démontage plus sûr et plus rapide des batteries.
Technologie de l’anode en silicium : charge plus rapide, batteries plus durables
En 2023, la plupart des batteries de VE modernes utilisent la chimie des cellules lithium-ion, dont la conception et le mélange de métaux varient. Mais presque toutes utilisent une anode en graphite, qui est l’un des facteurs à l’origine de la dégradation des performances des batteries lithium-ion au fil du temps et des cycles de charge.
Aujourd’hui, les anodes en silicium sont considérées comme l’une des grandes avancées techniques qui pourraient réellement améliorer la durée de vie et les performances des batteries. Les anodes de batterie au silicium font l’objet d’expériences depuis les années 1970. Mais les batteries lithium-silicium ont fait d’énormes progrès ces dernières années, car il est devenu plus important d’améliorer la vitesse de chargement des batteries, la longévité des performances et la densité énergétique des cellules.
Il convient de préciser que les batteries lithium-silicium (comme elles sont de plus en plus connues) sont une sous-marque des batteries lithium-ion et dépendent donc toujours de métaux difficiles à trouver tels que le cobalt et le nickel, mais le matériau de l’anode en silicium peut transformer la vitesse de charge et la longévité de la batterie.
La nouvelle batterie lithium-silicium « 100 in 5 » de StoreDot est capable de se recharger à 160 km en cinq minutes.
StoreDot est basée en Israël et est au sommet du développement des anodes en silicium depuis plus de 10 ans, bénéficiant de liens étroits avec Daimler et Volvo. Elle a récemment fait une percée avec sa batterie lithium-silicium « 100 in 5 », qui est capable de se recharger à 160 km en cinq minutes de temps de charge (ou 10-80% en environ 10 minutes pour une batterie de 75kWh) et qui s’est également avérée avoir une excellente longévité.
Les tests ont prouvé que la batterie StoreDot peut être chargée de manière ultra-rapide de 10 à 80 % sur un chargeur de 350 kW, avant d’être déchargée à un rythme rapide pendant une heure avant une autre charge ultra-rapide, et ainsi de suite pendant 1 000 fois avant que les performances de la batterie ne se dégradent à 80 % de ce qu’elles étaient à l’état neuf – ce qui montre une longévité bien plus grande dans des conditions de charge aussi extrêmes qu’une anode en graphite traditionnelle.
« Nous étions très enthousiastes à l’idée d’envoyer les échantillons de la batterie 100-in-5 à nos partenaires », lance Doron Myersdorf, PDG de StoreDot. « C’est quelque chose que l’on considérait auparavant comme impossible à réaliser.
« Tous les experts qui nous ont rendu visite il y a de nombreuses années nous ont dit qu’il était impossible de réaliser cette batterie à charge rapide extrême en raison de la résistance et de la chaleur, etc.
Doron Myersdorf, PDG de StoreDot, est enthousiaste à l’idée de commercialiser son nouveau produit
Comme toute technologie, le silicium présente des inconvénients, car il a tendance à se dilater lorsqu’il est chauffé pendant la charge. Doron Myersdorf a décrit comment la batterie 100-in-5 « utilise une structure 3D en carbone, presque comme une éponge, dans laquelle du silicium est incorporé dans les canaux. Lorsque les ions pénètrent dans ces canaux pendant la charge, ils gonflent les particules de silicium de taille nanométrique, mais elles ne gonflent pas à l’extérieur de la structure 3D. C’est ainsi que nous utilisons le silicium en toute sécurité sans payer la pénalité de l’expansion ».
Cette nouvelle technologie de batterie au silicium devrait faire son apparition sur le marché des véhicules électriques haut de gamme au cours des deux prochaines années.
Batteries LFP : sans cobalt, plus sûres – et déjà disponibles
Peu de gens savent que les batteries sans cobalt sont déjà utilisées, et en grand nombre depuis de nombreuses années, dans le secteur des véhicules utilitaires. Aujourd’hui, avec les progrès des batteries lithium-fer-phosphate (LFP) sans cobalt, elles vont également devenir une caractéristique bienvenue des véhicules électriques de tourisme et sont déjà largement utilisées par Tesla, MG et BYD.
La technologie LFP existe depuis de nombreuses années, mais le fait qu’elle ne puisse pas contenir autant d’énergie que les batteries lithium-ion a conduit la plupart des fabricants à se concentrer sur ces dernières, qui sont devenues la norme.
Mais en Chine, le développement des batteries LFP s’est poursuivi au cours des dernières décennies et elles sont désormais utilisées dans près de la moitié des véhicules électriques vendus dans le pays. Les constructeurs chinois BYD et SAIC (qui possède la marque MG), ainsi que Tesla dans son modèle 3 de gamme standard, proposent tous des batteries LFP avec un potentiel d’autonomie similaire à celui des batteries li-ion, de sorte qu’il faut s’attendre à voir beaucoup plus de batteries LFP à l’avenir.
La batterie Blade de BYD : Les cellules sont disposées en bandes plutôt qu’en forme de boîte ou de cylindre, d’où le nom.
BYD a également prouvé que la LFP peut être plus sûre, avec sa nouvelle batterie « Blade ». Les cellules sont disposées en bandes plutôt qu’en forme de boîte ou de cylindre, d’où le nom Blade. L’entreprise a récemment enfoncé publiquement un clou dans une batterie Blade pour démontrer qu’elle ne prenait pas feu, même lorsque les éléments internes de la cellule étaient exposés à l’oxygène.
Les inconvénients ? La viabilité du recyclage des LFP suscite de réelles inquiétudes. Les matériaux eux-mêmes sont tout aussi recyclables que ceux d’une batterie lithium-ion traditionnelle (qui est généralement recyclable à 96 %, car seules les résines ne peuvent pas être réutilisées), mais comme le fer est un métal moins précieux que le cobalt ou le nickel, il est actuellement moins coûteux d’extraire du fer neuf que de le recycler à partir de vieilles batteries.
En l’absence d’incitation commerciale et financière au recyclage, certains experts estiment que les batteries LFP ne sont pas aussi performantes que les batteries lithium-ion.
Robots et IA : les réponses pour une récupération plus sûre des batteries
Avec l’augmentation considérable des ventes de véhicules électriques, l’industrie doit faire face à l’augmentation inévitable de la réutilisation des batteries tout en augmentant considérablement le recyclage.
Pour rendre le processus de recyclage des batteries plus sûr et plus efficace, il faut notamment procéder à la récupération et au « triage » des batteries, c’est-à-dire décider s’il est préférable de les recycler ou de les réutiliser en l’état. Il s’agit d’une partie particulièrement difficile du processus, car toute cellule susceptible d’avoir été compromise doit être traitée avec une extrême prudence.
C’est pourquoi une robotique avancée est mise au point pour faciliter la récupération, l’analyse et le désassemblage des piles. Le projet ReLib de l’institution Faraday, en partenariat avec l’université de Birmingham, développe précisément ce type de robotique depuis de nombreuses années.
« Le test est prioritaire par rapport au recyclage, car il indique l’état de santé de la batterie et permet à l’utilisateur final de réparer ou de remplacer les modules de batterie endommagés ou en fin de vie », explique le Dr Alireza Rastegarpanah, qui dirige l’équipe de robotique de ReLib. « Cependant, le test des batteries endommagées présente des risques de sécurité plus élevés que celui des batteries en fin de vie. L’automatisation de ce processus peut réduire considérablement les risques de sécurité et contribuer à une récupération plus efficace des matériaux critiques. »
Dr Alireza Rastegarpanah, qui dirige l’équipe robotique de ReLib
Le Dr Rastegarpanah et le professeur Rustam Stolkin ont déjà mis au point une série de cadres robotiques et d’intelligence artificielle avancés pour automatiser ce processus, qui est également capable de désassembler des batteries de conceptions différentes, ce qui est important car le manque d’uniformité dans la conception des batteries de véhicules est l’un des principaux problèmes liés à l’établissement d’un protocole d’essai et de désassemblage sûr.
« Dans un avenir proche, les batteries seront récupérées, recyclées et réutilisées plus efficacement grâce à la technologie robotique », explique M. Rastegarpanah. « La robotique permet de désassembler les piles plus efficacement et de réduire les déchets. La vision artificielle et l’intelligence artificielle sont également utilisées pour trier et identifier les batteries, et les robots peuvent apprendre à identifier les différents types de batteries et leurs composants à l’aide d’algorithmes d’apprentissage automatique. »
Les passeports numériques et la technologie blockchain sont également susceptibles de révolutionner la facilité avec laquelle les piles peuvent être évaluées et recyclées. En bref, cette technologie confère à une batterie un historique numérique facilement traçable, détaillé et infalsifiable qui permet aux entreprises qui réutilisent ou recyclent de vérifier facilement l’état des composants.
Il ne s’agit pas seulement d’un moyen simple de vérifier l’état de santé de la batterie. L’équipe robotique de ReLib utilise la technologie blockchain pour aider les systèmes robotiques, avec des informations telles que les dessins CAO (conception assistée par ordinateur) en 3D de la batterie, afin d’effectuer des tâches pertinentes plus rapidement et plus efficacement.
