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Le partenaire de Volkswagen aurait fait une percée dans les batteries solides

Dans Nouveautés / Autos écolo

QuantumScape, le partenaire de Volkswagen, a dévoilé son nouveau modèle de batterie solide. Stabilisé, fiabilisé, il revendique des caractéristiques intéressantes, qui se retrouveront d'ici 5 ans sur les Volkswagen. C'est en tout cas ce qui est annoncé.

Le partenaire de Volkswagen aurait fait une percée dans les batteries solides

La société américaine QuantumScape est un précieux allié de Volkswagen depuis des années. Les deux ont même créé une co-entreprise en 2018. Il y a quelques mois, le constructeur allemand en a rajouté une couche en remettant 200 millions d'euros sur la table pour monter un peu plus au capital du spécialiste californien du stockage d'énergie. 

Pour Volkswagen, c'est avant tout stratégique : il s'agit de mettre la main sur une technologie prometteuse et de l'intégrer sur les véhicules de série. Cela devrait arriver dès 2025 pour les voitures de la marque allemande. 

Le problème des batteries actuelles

Les batteries solides, sur lesquelles travaille QuantumScape, repose sur un principe simple : l'utilisation d'une électrode métallique formée uniquement de lithium, plutôt qu'une électrode à graphite dans un électrolyte liquide, qui vient "accueillir" les ions de lithium. Cela permet d'avoir plusieurs avantages : gain de place, gain en densité énergétique, et risque d'incendie plus faible.

En effet, en cas de surchauffe (ou dans certaines conditions bien spécifiques), la cathode peut développer ce que l'on appelle des "dentrites" (des sortes d'excroissance) qui, au fil du temps, vont venir perforer l'électrolyte et créer... un court circuit. Puis le fameux embrasement que l'on observe parfois en vidéo, qui est le résultat du court-circuit dans l'électrolyte liquide, lui même inflammable. D'où, finalement, la nécessité d'avoir un système de refroidissement efficace sur les batteries lithium à électrolyte liquide que l'on trouve dans les voitures électriques actuelles.

Les avantages de la batterie solide

Sur le modèle de batterie solide développé par QuantumScape, il faut signaler avant tout une information importante : lors de la décharge (déplacement des ions vers la cathode), l'anode "disparaît". Il ne reste que le contact électrique de l'anode, directement sur l'électrolyte. L'anode réapparaît à la charge, au moment du transfert des ions dans le sens inverse. QuantumScape explique d'ailleurs que les cellules sont fabriquées sans anode !

Batterie neuve : pas d'anode !
Batterie neuve : pas d'anode !

L'utilisation d'une anode en lithium-métal offre de nombreux avantages, comme cités plus haut. Le gain de place, d'abord, mais surtout le gain en densité. Puisqu'il s'agit de lithium pur, et plus de graphite-lithium, il est possible d'avoir de bien plus gros transferts d'ions entre anode et cathode. Sur une anode classique, six molécules de carbone peuvent accueillir un seul ion lithium. Sur une batterie solide, les ions lithium n'ont plus besoin d'être associés à du carbone : ils sont stockés seuls.

A gauche, le schéma d'une cellule de batterie classique. A droite, la cellule de QuantumScape. En vert, l'anode qui apparaît lors de la charge.
A gauche, le schéma d'une cellule de batterie classique. A droite, la cellule de QuantumScape. En vert, l'anode qui apparaît lors de la charge.

Et tout ceci avec une forme plus stable. En effet, le risque d'excroissance (dentrites) et de court-circuit est ici contré par le fait que l'électrolyte de l'anode est solide, et plus liquide. Il s'agit ici de la plaque de séparation en céramique, qui diffère du matériau poreux que l'on trouve dans les batteries lithium-ion actuelles. C'est ce matériau qui rassemble tous les enjeux : il est à la fois capable de laisser passer les ions, tout en bloquant les dentrites et empêchant physiquement tout risque de court-circuit et d'incendie. Et puisqu'il y a plus forte concentration de lithium de chaque côté (anode lithium métal et cathode lithium), le risque de dentrites est d'autant plus élevé...

Le matériau mystère...

QuantumScape dévoile cette image de la fameuse membrane en céramique qui sépare anode et cathode. Contrairement aux batteries Bolloré (qui sont les rares batteries solides - lithium métal polymère - à avoir été commercialisées sur des voitures, mais qui présentent l'énorme désavantage de devoir être alimentées en permanence pour maintenir une certaine température lorsqu'elles ne sont pas utilisées...), ici, l'électrolyte est en céramique, et il est souple.

Verre, céramique, polymère, de nombreux matériaux ont fait l'objet de recherches, mais souvent se sont-ils heurtés à des problèmes de puretés, de qualité de fabrication. Pour le fondateur de QuantumScape, c'est le fruit de plusieurs années de travail : "nous avons passé les cinq dernières années à travailler à sa production avec le bon niveau de qualité, à bas coût et selon un procédé qui puisse passer à l’échelle".

L'électrolyte céramique souple utilisé par QuantumScape.
L'électrolyte céramique souple utilisé par QuantumScape.

Car c'est bien ça, le grand défi de la batterie "tout solide" : passer le stade du laboratoire. Il est déjà plutôt facile de faire des tests en labo sur une seule unité (anode et cathode), mais c'est autre chose lorsqu'il faut construire des stacks avec plusieurs cellules et constituer une vraie batterie. De plus, certains ingénieurs pointent du doigt le fait que les électrolytes solides sont souvent "impurs", en particulier le verre et le céramique, avec des surfaces irrégulières rendant les batteries parfois défaillantes.

En résumé, QuantumScape parle de 800 cycles de durée de vie (contre environ 200 pour les batteries solides à l'étude actuellement) et d'une température de test à 30°. Avec ce nombre de cycles, il serait possible de couvrir des centaines de milliers de kilomètres.

Qui croire ?

Cela fait en fait de très nombreuses années que la batterie solide est à l'étude. Tout comme les fameuses batteries au graphène (qui remplacerait le graphite et apporterait son lot d'avantages). Mais en réalité, personne n'a su jusqu'ici concevoir des batteries solides qui soient rentables et produites de façon industrielle. Fabriquer ces batteries en série serait aujourd'hui probablement possible (ou, en tout cas, cela devrait vite arriver), mais à quel prix ?

Elles seraient probablement bien peu compétitives face à des batteries liquides classiques qui n'ont pas encore livré tout leur potentiel d'exploration et de recherche. Et même si la densité énergétique d'une batterie solide pourrait atteindre les 500 Wh/kg à l'heure actuelle (c'est plus de 2 fois plus que des batteries que l'on trouve sur les voitures électriques actuelles), le facteur de coût de fabrication, lui, serait probablement nettement supérieur à 2.

Pour Volkswagen, il s'agira de vite faire ses preuves. La co-entreprise avec QuantumScape a pour objectif de débuter la construction d'une usine en 2022, avec l'ambition de produire l'équivalent de 1 GWh de batteries dès 2025. Il faudra d'ici là prouver que la rentabilité industrielle est au rendez-vous et que la compétitivité, aussi.

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Commentaires (129)

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Cette annonce a un air de déjà vue. :biggrin:

Admettons que ce soit vrai, bonne chance pour vendre une VE actuelle dans 5 ans. On pourra toutes les jeter à la poubelle par obsolescence. Bref, nous pousser à surconsommer des VE à 7000e d'assistanat quitte mettre le pays encore plus a genou qu'il ne l'est avec le COVID 19 sur le plan financier pour ensuite dans 5 ans se retrouver avec une techno de batterie qui rendrait la VE actuelle totalement obsolète à l'image d'une calèche VS la Ford T, c'est donc ça l'écologie 2.0. :biggrin:

Par

+1 pour Axel015, tu as tout à fait raison. :coolfuck:

Par

5 ans d'attente ?

Mince.... je croyais qu'en la matière, on avait trouvé le graal.... et que c'était en France que ça se passait...

https://www.caradisiac.com/nawa-technologies-une-batterie-revolutionnaire-et-francaise-185694.htm

Disponible sous 12 mois la merveille...et vu que l'article est de début octobre, reste plus que 10....

Faudrait retrouver la publication sur la peinture qui recharge la bagnole électrique, dans le genre, c'était pas mal non plus...

Par

En réponse à Axel015

Cette annonce a un air de déjà vue. :biggrin:

Admettons que ce soit vrai, bonne chance pour vendre une VE actuelle dans 5 ans. On pourra toutes les jeter à la poubelle par obsolescence. Bref, nous pousser à surconsommer des VE à 7000e d'assistanat quitte mettre le pays encore plus a genou qu'il ne l'est avec le COVID 19 sur le plan financier pour ensuite dans 5 ans se retrouver avec une techno de batterie qui rendrait la VE actuelle totalement obsolète à l'image d'une calèche VS la Ford T, c'est donc ça l'écologie 2.0. :biggrin:

Les batteries dites "solides" arriveront sur le marché non pas pour améliorer l'autonomie, mais pour disposer d'une densité moindre, plus facile à loger et plus légère pour le véhicule tout en apportant théoriquement un temps de charge réduit à une dizaine de minutes.

Toyota a communiqué dans la semaine sur le sujet, normal qu'on aie une réponse du côté du partenaire de VAG sur le sujet. On verra bien qui fin 2021 fera tourner des prototypes.

Par

Que les fanboys Tesla qui pavoisent sur les 5 ans d'avance qu' aurait Tesla niveau technologie en profite en encore un peu... ça durera le temps que ça durera...

Maintenant que la mobilité électrique commence à représenter un intérêt financier non négligeable (combien d'année de travail à perte pour Tesla :voyons: ) , les Allemands vont se donner les moyens de repasser devant... n'ayez pas trop d'illusion à ce sujet :bah:

Le lièvre et la tortue, ça vous parle ? :biggrin:

Par

L'écologie actuelle est le nouveau cheval de bataille capitaliste pour faire consommer encore et encore en nous faisant culpabiliser de conserver notre thermique ou nous faire passer pour des héros écologistes en prenant un VE.

Sauf que toutes ces matières (litium, graphite et graphène qui est un dérivé du graphite en l'occurrence mais aussi magnésium ou carbone) sont extraits dans des conditions ancestrales, polluantes et dangereuses pour l'être humain (cancérigène...). De plus, leur quantité dans les VE est sans comparaison par rapport aux VT, ce qui pousse à en extraire toujours plus. A cela, il faut ajouter les réseaux électriques à mettre en place pour leur alimentation, intégralement en fils de cuivre. Idem, l'extraction du cuivre est une industrie sale, qui appauvrit les sols et ruine complètement la nature.

Au final, les VE polluent autant que les VT (peut-être plus ?) mais la pollution est simplement déplacer ailleurs ... en Chine, ou au Chili ou au Congo. Mais les émissions de GES (CO2 particulièrement) n'est pas du tout prête à baisser avec la profusion de VE qu'on nous impose.

Dans 20 ou 30 ans ? C'est un électric-gate qui nous arrivera !

https://www.arte.tv/fr/videos/084757-000-A/la-face-cachee-des-energies-vertes/

Par

En réponse à roc et gravillon

5 ans d'attente ?

Mince.... je croyais qu'en la matière, on avait trouvé le graal.... et que c'était en France que ça se passait...

https://www.caradisiac.com/nawa-technologies-une-batterie-revolutionnaire-et-francaise-185694.htm

Disponible sous 12 mois la merveille...et vu que l'article est de début octobre, reste plus que 10....

Faudrait retrouver la publication sur la peinture qui recharge la bagnole électrique, dans le genre, c'était pas mal non plus...

Lorsqu'on évoque une entreprise, il faut s'y intéresser afin de savoir de quoi on cause: :wink:

"Les marchés visés par Nawa Technologies sont de trois types. Le premier concerne l’internet des objets (IoT). Les cellules ont alors une taille de l’ordre de 1 à 2 cm de côté pour une capacité électrique de 1 à 5 farads (F). Le deuxième marché est celui de l'industrie et de la logistique, pour améliorer l’autonomie d’outils sans fils, de robots ou de chariots autonomes. Les cellules font entre 5 et 10 cm pour une centaine de farads. La troisième application concerne la mobilité où les supercondensateurs peuvent être hybridés avec des batteries ou des piles à combustible. Les cellules font alors entre 10 cm et 15 cm pour 500 à 1 000 F."

"Au-delà des supercondensateurs, Nawa Technologies envisage également d’utiliser son tapis de nanotubes de carbone alignés comme composant de batterie avancées ou « solide-state ». « Les batteries lithium de nouvelle génération ont le vent en poupe et bénéficient des investissements des grands de l'automobile, relève M. Boulanger. L'utilisation de notre matériau peut permettre aux futures batteries de bénéficier de tout ce que nous mettons en œuvre dans les supercondensateurs. »

https://www.industrie-techno.com/article/nawa-technologies-va-industrialiser-ses-supercondensateurs-a-nanotubes-de-carbone-alignes.59394

Nawa Technologies, qui est dirigée par Ludovic Eveillard, estime pouvoir mettre au point des « super condensateurs 1000 fois plus rapides qu’une batterie Lithium-Ion ». L’entreprise n’a pas encore développé un accumulateur fonctionnel, mais affirme y travailler dans l’objectif de présenter ses premiers produits dans le courant du premier semestre de l’année prochaine. En ce qui concerne le déploiement de la technologie à grande échelle, l’entreprise s’attend à ce que cela se produise à partir de 2024 ou 2025."

https://www.neozone.org/innovation/nawa-technologies-vers-des-batteries-procurant-800-km-dautonomie-pour-seulement-5-minutes-de-charge/

Il est plutôt question de 2025 pour les batteries automobiles. :bah:

(Loin des 12 ou 10 mois auquels tu fais allusion.)

Par

En réponse à Axel015

Cette annonce a un air de déjà vue. :biggrin:

Admettons que ce soit vrai, bonne chance pour vendre une VE actuelle dans 5 ans. On pourra toutes les jeter à la poubelle par obsolescence. Bref, nous pousser à surconsommer des VE à 7000e d'assistanat quitte mettre le pays encore plus a genou qu'il ne l'est avec le COVID 19 sur le plan financier pour ensuite dans 5 ans se retrouver avec une techno de batterie qui rendrait la VE actuelle totalement obsolète à l'image d'une calèche VS la Ford T, c'est donc ça l'écologie 2.0. :biggrin:

Le pays etait déjà cuit par l’immigration massive et le porte monnaie grand ouvert a toute la misère du monde

Le bonus n’est juste qu’un transfert du malus appliqué...

Puis ce bonus....( a la con je te le concède) fait par effet mécanique monter le prix d’achat de ces VE, vivement qu’il y mettent un terme pour clarifier les prix

Par

En réponse à roc et gravillon

5 ans d'attente ?

Mince.... je croyais qu'en la matière, on avait trouvé le graal.... et que c'était en France que ça se passait...

https://www.caradisiac.com/nawa-technologies-une-batterie-revolutionnaire-et-francaise-185694.htm

Disponible sous 12 mois la merveille...et vu que l'article est de début octobre, reste plus que 10....

Faudrait retrouver la publication sur la peinture qui recharge la bagnole électrique, dans le genre, c'était pas mal non plus...

Comme sanofi/gsk comme arianespace, comme galileo

Tout en gueule rien dans le calbard...les USA doivent bien rire avec nos prouesses

L’europe se tiermondise mon pauvre ami

Par

Je dis bravo car je me réjouis toujours d'une avancée scientifique (encore plus dans le médical).

Mais sans vouloir épiloguer sur la problématique du pillage des ressources et déplacement de la pollution (très à la mode dans les reportages tv) il est absolument essentiel que les entreprises (constructeurs, sous traitants ) et les acheteurs assument .

Aujourd'hui les voitures sont taxées sur leurs rejets et bientôt sur le poids . Ne faudrait il pas taxer en tenant compte de toute la filière ? (Poids de métaux rares , pollution constatée dans les mines...) et ainsi donner un rating en fonction du réel impact écologique ( et social tant qu'on y est ) ?

Par exemple le recyclage doit absolument être garanti et contrôlé.

Bref comme toute l'industrie change et qu ' il est de bon ton de (sur)communiquer quand on prétend être 'vert', c'est l occasion d'établir de nouveaux standards afin d'enfin savoir qui est le moins pire .

Car le 'moins pire ' (ou le plus vert ) vendra plus . Qu'ils assument et et jouent la carte à fond .

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