Les batteries à semi-conducteurs promettent une augmentation de la popularité des voitures électriques, mais des montagnes techniques attendent

La technologie des batteries à semi-conducteurs devrait être le chevalier en armure brillante de la révolution de la voiture électrique, car elle intervient pour réduire le coût des batteries et gagner la vie avec une voiture rechargeable tout comme un moteur à combustion interne (ICE) mais en mieux.

Le problème est que le calendrier d’adoption continue de glisser et qu’un produit prêt pour le marché de masse n’est probablement pas cette décennie, laissant le temps à d’autres solutions comme les piles à combustible de rattraper le retard.

Les batteries à semi-conducteurs promettent une charge rapide et omniprésente et suffisamment de puissance pour dépasser les voitures ICE non seulement en ville, mais aussi sur la voie rapide des autoroutes lors de la course longue distance vers le soleil d’été.

Les batteries à semi-conducteurs sont un travail en cours pour le moment et la date d’un possible début triomphal recule alors qu’un problème n’est résolu que pour en découvrir un autre dans une sorte de jeu high-tech à coup de taupe. Après des débuts imminents attendus, la date d’introduction sur les marchés de masse a reculé bien au-delà de 2030 pour de nombreux analystes, ce qui pose problème aux voitures électriques car elles doivent alors être vraiment abordables pour les salariés moyens. Après tout, d’ici 2030, des pays comme la Grande-Bretagne auront interdit la vente de voitures neuves à essence et diesel, et de grands pays manufacturiers comme l’Allemagne, la France et l’Italie pourraient bien les rejoindre, bien que la nouvelle coalition allemande ait attendu pour l’instant. S’il n’y a pas de nouvelles voitures électriques aussi chères que les voitures ICE les moins chères – disons 10 000 € (11 200 $) – d’ici 2030, un grand nombre de personnes seront exclues du marché, ce qui les angoissera beaucoup en attendant le bus. Les fabricants ne seront pas contents non plus car leurs ventes sont décimées.

Pendant ce temps, IHS Markit

INFO
s’attend à ce que les voitures électriques à batterie de l’Union européenne atteignent 50 % des ventes d’ici 2030. Aux États-Unis, l’objectif est que 50 % des ventes soient entièrement électriques, hybrides rechargeables ou à piles à combustible d’ici 2030.

Quiconque mise sur la technologie à semi-conducteurs fournissant la voie magique vers le succès électrique d’ici là sera déçu.

« Ce problème ne sera probablement pas résolu d’ici 2030, car la technologie (à semi-conducteurs) doit être évolutive et compétente. Dans l’état actuel de la technologie, il n’y aura aucun moyen d’ici 2030 de voir des voitures électriques suffisamment abordables pour créer le marché de masse absolument nécessaire au zéro net (CO2) », a déclaré Donald Sadoway, professeur de chimie des matériaux au Massachusetts Institute of Technology (MIT) dans un entretien.

Sadoway dit que l’état solide pourrait être contourné par une meilleure technologie.

La technologie actuelle des batteries lithium-ion passe de la chimie à base de nickel au phosphate de lithium-fer (LFP), dirigé par Tesla

TSLA
. L’adoption de la LFP contribuera dans une certaine mesure à rendre les voitures électriques plus abordables. Elles sont moins chères avec une densité énergétique plus faible et une autonomie moindre mais acceptable que les batteries lithium-ion à base de nickel, qui seront toujours utilisées pour les voitures électriques plus chères qui nécessitent une autonomie plus longue.

Cela reste en deçà du coût, de l’autonomie et de la commodité des voitures ICE.

De meilleures batteries sont nécessaires avec une densité énergétique plus élevée, des coûts plus sûrs et moins élevés, et les batteries à semi-conducteurs devraient en théorie être la clé. Ces batteries lithium-métal utilisent des électrodes solides et un électrolyte solide et promettent de repousser les limites. Le problème est que cette technologie est encore expérimentale. Les batteries à semi-conducteurs ont un défaut chimique inhérent. Ils se dégradent rapidement après un certain nombre de cycles de charge-décharge en raison de l’accumulation de dendrites de lithium – de minces morceaux de lithium ressemblant à des brindilles qui se multiplient et peuvent percer la batterie, provoquant des courts-circuits et d’autres problèmes. Contrairement aux batteries lithium-ion, les batteries à semi-conducteurs ne contiennent pas d’électrolytes liquides lourds. Au lieu de cela, un électrolyte solide est utilisé qui peut être du verre, de la céramique ou un autre matériau solide. Sans avoir besoin d’un liquide, les batteries à l’état solide peuvent en théorie être beaucoup plus denses et compactes, se traduisant par une plus grande portée et sont moins sujettes aux risques d’incendie.

Des articles de presse suggèrent que le constructeur chinois de voitures électriques NIO proposera la technologie l’année prochaine, Toyota et Volkswagen en 2025, tandis que BMW, Stellantis, Mercedes, Renault-Nissan proposent diverses dates avant 2030.

Fitch Solutions ne s’attend pas à des batteries à semi-conducteurs avant 2030, qui, selon lui, augmenteront la densité énergétique, la charge rapide et une meilleure régulation thermique que ses concurrents à électrolyte liquide.

LMC Automotive convient que l’incapacité à fabriquer en série est un problème clé.

« Seule Toyota semble se préparer à passer à une production de masse relativement bientôt, mais comme la date de mise en œuvre a été reportée à plusieurs reprises, nous restons sceptiques quant à une application à court ou même à moyen terme », a déclaré LMC dans un rapport récent.

La banque d’investissement UBS a déclaré que l’état solide ne montrerait pas de potentiel d’industrialisation significatif avant la prochaine décennie.

L’institution britannique Faraday estime que les batteries à semi-conducteurs représenteront moins de 5% des batteries de transport mondiales d’ici 2030, atteignant 30% d’ici 2040, selon Automotive News Europe.

Le solide avant 2030 ? Rêvez, dit Sadoway du MIT, car la technologie est toujours en cours de développement.

« Je ne vois aucun développement qui pourrait permettre la production d’ici 2030. C’est une chose de résoudre le problème, et une autre de le résoudre à grande échelle et d’avoir un produit à un prix pas plus élevé qu’aujourd’hui », a-t-il déclaré.

Sadoway travaille sur une batterie aluminium-soufre qui, selon lui, serait moins chère à l’échelle et plus sûre que le lithium-ion car elle est incapable de brûler. Il cherche des fonds pour financer une entreprise visant à développer la technologie.

Sadoway a déclaré que le problème qui retient les voitures électriques est qu’elles sont trop chères.

« Le coût d’investissement des voitures électriques est beaucoup plus élevé que celui d’une voiture conventionnelle. Pourquoi vais-je payer plus pour des performances inférieures ? payer plus pour moins ? La technologie actuelle ne pourra pas faire les progrès requis pour une voiture électrique abordable. Ils sont attrayants, mais beaucoup plus coûteux en raison du prix de la batterie, la différence de prix est trop importante et n’est vraiment attrayante que pour les premiers utilisateurs fortunés. Nous ne verrons pas une adoption généralisée dans ces circonstances. »

« Je pense que cela va stagner à moins qu’il n’y ait une perturbation majeure dans la chimie de la batterie pour une baisse progressive du prix qui rendra le véhicule électrique abordable », a déclaré Sadoway.

Les partisans des batteries à semi-conducteurs disent qu’un autre avantage serait de seulement 12 minutes pour se recharger, bien que ce serait encore environ 3 fois plus long qu’une voiture ICE prendrait pour se recharger.

« 12 minutes ? Dans leurs rêves », a déclaré Sadoway.

Si les batteries à semi-conducteurs prennent jusqu’à 10 ans de plus pour être prêtes pour la production de masse et le marché, est-il possible qu’une technologie rivale comme les piles à combustible à hydrogène, actuellement perçue comme également utilisée pour alimenter les voitures et les SUV, puisse aller de l’avant ? et émerger comme un puissant rival ?

« Certes, l’hydrogène est présenté comme une alternative possible, mais cela se résume au coût de la pile à combustible et de l’ensemble de l’infrastructure pour le ravitaillement en hydrogène. Il se pourrait qu’une pluralité de solutions émerge pour le zéro net. Dans certains endroits, l’hydrogène a du sens. Ce n’est pas forcément tout ou rien. Toute l’activité de l’hydrogène est difficile – coût en capital, durabilité, grande complexité – et vous devez être capable de produire de l’hydrogène propre et personne n’a cela sous contrôle, les solutions ne sont pas simples », a déclaré Sadoway.

Il ne fait aucun doute que la révolution de la voiture électrique est en marche, principalement grâce à des utilisateurs précoces bien nantis, à des tonnes de cadeaux pour les contribuables et, en Europe, à un régime réglementaire conçu pour rendre la vente d’ICE impossible le plus tôt possible.

Les prévisions de ventes de voitures électriques semblent désormais toujours inclure le mot exponentiel, mais si la technologie des batteries ne parvient pas à apporter les améliorations supposées, de nombreuses hypothèses courageuses sur l’ampleur de sa victoire d’ici 2030 seront insuffisantes. C’est impensable pour de nombreux constructeurs automobiles de masse menés par Volkswagen qui ont parié le ranch sur la voiture électrique.