Les batteries lithium-ion jouent un rôle central dans le monde de la technologie, alimentant tout, des smartphones aux voitures intelligentes. Aujourd’hui, l’une des personnes qui a contribué à leur commercialisation affirme avoir un moyen de réduire les coûts de production de masse de 90 % et d’améliorer considérablement leur sécurité.
Hideaki Horie, anciennement de Nissan Motor Co., a fondé en 2018 la société APB Corp. basée à Tokyo pour fabriquer des « batteries tout polymère » (d’où le nom de la société).
Au début de l’année, la société a reçu le soutien d’un groupe d’entreprises, dont l’entrepreneur général Obayashi Corp., le fabricant d’équipements industriels Yokogawa Electric Corp. et le fabricant de fibres de carbone Teijin Ltd.
« Le problème avec la fabrication de piles au lithium maintenant, c’est que c’est comme de la fabrication d’appareils tels que les semi-conducteurs », a déclaré Hideaki Horie. « Notre but est de le rendre plus semblable à la production d’acier. »
La fabrication d’une cellule, l’unité de base de chaque batterie, est un processus compliqué qui nécessite des conditions de « salle blanche » – avec des sas pour contrôler l’humidité, un filtrage constant de l’air et une précision rigoureuse pour éviter la contamination de matériaux hautement réactifs. L’installation peut être si coûteuse qu’une poignée d’acteurs de premier plan, comme la société sud-coréenne LG Chem Ltd, la société chinoise CATL et la société japonaise Panasonic Corp, peuvent dépenser des milliards de dollars pour construire une usine adaptée.
L’innovation de Hideaki Horie consiste à remplacer les composants de base de la batterie, qui sont des électrodes revêtues de métal et des électrolytes liquides, par une construction en résine. Selon lui, cette approche simplifie et accélère considérablement la fabrication, la rendant aussi facile que de « beurrer des toasts ».
La modification permet d’empiler des feuilles de batterie de 10 mètres de long « comme des coussins de siège » pour augmenter la capacité, dit-il. Il est important de noter que les batteries à base de résine sont également résistantes au feu en cas de perforation.
En mars, APB a levé 8 milliards de yens (65,4 millions d’euros), ce qui est minuscule selon les normes de l’industrie en général, mais sera suffisant pour équiper entièrement une usine pour la production de masse qui doit commencer l’année prochaine. Hideaki Horie estime que ces fonds permettront à son usine du centre du Japon d’atteindre une capacité de 1 gigawatt-heure d’ici 2023.
Les batteries lithium-ion ont fait beaucoup de chemin depuis leur première commercialisation il y a près de trois décennies. Elles durent plus longtemps, sont plus puissantes et coûtent 85 % de moins qu’il y a dix ans. Elles sont le moteur silencieux de la croissance des smartphones et des tablettes dont les composants internes sont de plus en plus puissants. Mais la sécurité reste un problème et les batteries ont été à l’origine d’incendies dans toutes les voitures de Tesla Inc., dans les avions Dreamliner de Boeing Co. et dans les smartphones de Samsung Electronics Co.
« Du seul point de vue de la physique, la batterie lithium-ion est le meilleur chauffage que l’humanité ait jamais créé », a déclaré Hideaki Horie.
Dans une batterie traditionnelle, une crevaison peut créer une surtension de plusieurs centaines d’ampères, soit plusieurs fois le courant électrique fourni à un foyer moyen. Les températures peuvent alors monter en flèche jusqu’à 700 degrés Celsius.
La batterie d’APB évite de telles conditions cataclysmiques en utilisant une conception dite bipolaire, supprimant les goulots d’étranglement actuels et permettant à toute la surface de la batterie d’absorber les surtensions.
« En raison des nombreux incidents, la sécurité a été en tête des préoccupations de l’industrie », a déclaré Mitalee Gupta, analyste principal pour le stockage de l’énergie chez Wood Mackenzie. « Cela pourrait être une percée pour les applications de stockage et de véhicules électriques, à condition que l’entreprise soit capable de se développer assez rapidement ».
Mais la technologie n’est pas sans défauts. Les polymères ne sont pas aussi conducteurs que le métal, et cela pourrait avoir un impact significatif sur la capacité de charge de la batterie, selon Menahem Anderman, président de la société californienne Total Battery Consulting Inc.
De plus, l’un des inconvénients de la conception bipolaire est que les cellules sont connectées dos à dos en série, ce qui rend difficile le contrôle individuel de chacune d’entre elles, a déclaré Menahem Anderman. Il s’est également demandé si les économies réalisées seraient suffisantes pour concurrencer les opérateurs historiques.
« Le capital ne tue pas le coût d’une batterie lithium-ion », a déclaré Menahem Anderman. « Le lithium-ion à électrolyte liquide restera l’application principale pendant encore 15 ans ou plus. Ce n’est pas parfait et ce n’est pas bon marché, mais au-delà du lithium-ion, il y a un meilleur lithium-ion ».
Hideaki Horie reconnaît que l’APB ne peut pas concurrencer les géants des batteries qui bénéficient déjà d’économies d’échelle après avoir investi des milliards. Au lieu de cibler l' »océan rouge » du secteur automobile, APB se concentrera d’abord sur les batteries stationnaires utilisées dans les bâtiments, les bureaux et les centrales électriques.
Selon les estimations de Wood Mackenzie, ce marché représentera 100 milliards de dollars d’ici 2025 dans le monde entier, soit plus de cinq fois sa taille de l’année dernière. Les États-Unis seuls, qui, avec la Chine, seront la principale source de la demande accrue de stockage d’énergie, devraient voir leur chiffre d’affaires multiplié par dix pour atteindre 7 milliards de dollars au cours de cette période.
Hideaki Horie, 63 ans, a débuté avec des batteries au lithium-ion à leurs tout débuts. En février 1990, au début de sa carrière chez Nissan, il a commencé les recherches naissantes du constructeur sur les véhicules électriques et hybrides.
Quelques semaines plus tard, Sony Corp. a choqué l’industrie – qui pariait sur la technologie de l’hydrure de nickel – en annonçant son intention de commercialiser une alternative au lithium-ion. Hideaki Horie dit avoir immédiatement vu la promesse, et a insisté pour que les deux sociétés combinent leurs efforts de recherche la même année.
En 2000, cependant, Nissan abandonnait son activité dans le domaine des batteries, venant d’être sauvée par Renault SA. Hideaki Horie n’avait qu’une seule chance de convaincre son nouveau patron, Carlos Ghosn, que les véhicules électriques en valaient la peine.
Après une présentation de 28 minutes, un Ghosn visiblement enthousiaste a déclaré que le travail de Hideaki Horie constituait un investissement important et a donné le feu vert au projet. La Leaf de Nissan allait devenir le véhicule électrique le plus vendu pendant une décennie.
Hdieaki Horie a eu l’idée de la batterie tout polymère alors qu’il était encore chez Nissan, mais n’a pas pu obtenir le soutien des institutions pour la concrétiser. En 2012, alors qu’il enseignait à l’université de Tokyo, il a été contacté par la société Sanyo Chemical Industries Ltd, connue pour ses matériaux superabsorbants utilisés dans les couches.
Ensemble, ils ont développé la première batterie au monde utilisant un polymère de gel conducteur. En 2018, Hideaki Horie a fondé APB, et Sanyo Chemical est devenu l’un de ses premiers investisseurs.
APB a déjà trouvé son premier client, une grande entreprise japonaise dont les produits de niche et à forte valeur ajoutée sont vendus principalement à l’étranger, a déclaré M. Horie. Il a refusé de donner plus de détails mais a déclaré que APB prévoit de faire une annonce dès le mois d’août.
« Ce sera la preuve que nos piles peuvent être produites en masse », a déclaré M. Horie. « Les fabricants de batteries sont devenus des assembleurs. Nous remettons la chimie au premier plan ».
