Véhicules électriques : une batterie promet d’être beaucoup plus efficace

véhicules électriques batteries
L'accord de Panasonic avec Sila Nanotechnologies permettra à l'entreprise technologique d'incorporer des anodes en silicium dans ses batteries d'ici 2031. Crédit : Artur Debat

Une technologie émergente pourrait révolutionner la performance des batteries pour véhicules électriques (VE). Actuellement, les batteries lithium-ion, largement utilisées dans les VE, emploient du graphite pour les anodes, la partie chargée négativement des batteries. Plus récemment, Panasonic s’est associé à Sila Nanotechnologies pour intégrer des anodes en silicium dans la production de batteries afin d’augmenter considérablement l’autonomie et réduire les temps de charge des véhicules électriques.

Les limites du graphite

Les batteries lithium-ion, qui sont largement utilisées dans les véhicules électriques (VE) et de nombreux autres appareils électroniques, se composent de plusieurs composants clés, dont les anodes. L’anode est la partie de la batterie où les ions lithium migrent lors de la décharge de la batterie (lorsqu’elle fournit de l’énergie) et où les ions lithium sont stockés lors de la charge (lorsqu’elle est alimentée en énergie).

Habituellement, le matériau utilisé pour l’anode des batteries lithium-ion est le graphite. Celui-ci est choisi en raison de ses propriétés électriques et chimiques favorables. Sa structure en couches permet en effet aux ions lithium de s’insérer et de sortir relativement facilement, ce qui est essentiel pour le fonctionnement efficace de la batterie. Le graphite offre également une stabilité structurelle, ce qui signifie que son volume ne change pas significativement pendant le processus de charge et de décharge, évitant ainsi des contraintes mécaniques excessives sur la batterie.

Cependant, bien que le graphite ait été une solution efficace, il présente des limites en matière de densité énergétique. La densité énergétique d’une batterie se réfère à la quantité d’énergie stockée par unité de volume ou de masse. Pour augmenter l’autonomie des véhicules électriques, les chercheurs explorent des alternatives. Le silicium se présente ainsi comme l’une des options les plus prometteuses.

véhicules électriques tesla
Crédit : ArtisticOperations/Pixabay

Pourquoi le lithium ?

Contrairement au graphite, le silicium offre en effet une capacité de stockage de lithium beaucoup plus élevée, pouvant stocker plus de dix fois plus d’énergie par gramme, ce qui se traduit par une autonomie accrue pour les véhicules électriques entre deux charges.

Cependant, le défi majeur avec le silicium réside dans sa tendance à gonfler de manière significative pendant le processus de charge, ce qui peut entraîner des problèmes mécaniques. Les travaux de recherche actuels, menés entre autres par Panasonic en collaboration avec Sila Nanotechnologies, visent à surmonter ces défis pour rendre le silicium utilisable à grande échelle dans les batteries lithium-ion.

Travailler à l’échelle du nanomètre

Plus concrètement, les chercheurs travaillent sur des conceptions d’anodes à l’échelle nanométrique. En d’autres termes, ils manipulent la structure du matériau à l’échelle très petite des nanomètres pour contrôler le gonflement du silicium. Cette approche permettrait de maintenir la stabilité structurelle de l’anode, même lorsque le silicium absorbe les ions lithium pendant la charge.

Cette recherche revêt une importance particulière alors que la demande de VE continue d’augmenter, avec plus de 14 millions de véhicules électriques vendus en 2023 et une popularité croissante attendue pour les années à venir.

Côté calendrier, nous savons cependant que l’accord de Panasonic avec Sila Nanotechnologies permettra à l’entreprise technologique d’incorporer des anodes en silicium dans ses batteries d’ici 2031. Cependant, il est important de noter que le développement et la mise en œuvre de nouvelles technologies dans la production de batteries à grande échelle sont des processus complexes et prennent généralement plus de temps que prévu.