Les batteries EV à anode en silicium sont la vraie affaire, mais c'est compliqué

Les consommateurs veulent une recharge plus rapide et une plus grande autonomie dans leurs véhicules électriques. Heureusement, la prochaine génération de batteries existe déjà ; ils sont juste en train de s’industrialiser. Les fabricants de batteries à semi-conducteurs envoient des quantités croissantes d’échantillons destinés à la production aux constructeurs automobiles, et ils sont prêts à transformer la quantité d’énergie que nous pouvons stocker dans les batteries. Le lithium-ion conventionnel est cependant loin d’être mort. Les anodes à haute teneur en silicium maintiennent l’électrolyte liquide en vie, et la technologie est sur le point d’être adoptée dans les véhicules électriques.

Quel est le problème avec les anodes à haute teneur en silicium ? Eh bien, presque toutes les batteries lithium-ion des voitures ont actuellement des anodes (une partie de la borne négative de la batterie) en graphite, qui est en réalité le seul matériau d'anode jamais utilisé. L'ajout de silicium dans le mélange modifie considérablement les caractéristiques de la cellule, même si les coûts supplémentaires liés à cette opération ne sont pas encore clairs.

Le gros avantage des anodes à haute teneur en silicium n’est pas nécessairement une énergie beaucoup plus élevée ; c'est une puissance beaucoup plus grande sur les cycles de charge et de décharge. En d’autres termes, des vitesses de charge plus rapides et une puissance plus élevée aux roues pour une taille de batterie donnée.

La nouvelle Mercedes-Benz Classe G électrique est équipée de cellules à anode en silicium de Sila Nanotechnologies.

La vitesse de charge est l’innovation clé. Certaines entreprises revendiquent des gains extrêmes en puissance et en énergie, mais les cellules au silicium disponibles dans le commerce ne semblent pas capables de réaliser des gains massifs dans ces deux domaines, du moins pas encore. Jusqu’à présent, il s’agit plutôt de gains importants dans un domaine et de gains modestes dans un autre.

Pour être clair, des sociétés réputées comme Amprius proposent des cellules avec une puissance et une énergie accrues par rapport aux cellules en graphite de pointe, mais de nombreuses projections ne se concentrent pas sur des améliorations énergétiques massives. S’ils le font, ils proposent des chiffres en wattheures par kilogramme au niveau des cellules en utilisant le format de la pochette. Ce n’est pas fallacieux mais cela manque de contexte. Les cellules en poche ont besoin de plus de structure de pack pour continuer à fonctionner de manière optimale. Une fois qu'ils sont réellement emballés dans un véhicule, la densité énergétique n'est plus aussi impressionnante.

Sans entrer dans les fiches techniques de cellules spécifiques, des entreprises comme Molicel constatent des gains d’énergie d’environ 20 %, ainsi que des augmentations de puissance impressionnantes. Ces chiffres sont encore préliminaires, mais les cellules sont au format cylindrique classique 21700 et devraient arriver sur le marché au début de l'année prochaine.

Les cellules actuelles utilisant un modeste mélange de silicium que vous pouvez réellement acheter, comme le Molicel P50B, ont une puissance et des capacités comparables à celles des cellules hautes performances actuelles, mais avec des améliorations considérables en termes de durée de vie. À titre de référence, la génération actuelle de cellules haute puissance de Molicel est utilisée dans le McMurtry Spéirling, l'un des véhicules électriques de production les plus rapides au monde.

Le McMurtry Speirling, dont les versions sont alimentées par la cellule cylindrique P50B de Molicel.

La tendance révélatrice dans le domaine des cellules au silicium est que les entreprises impliquées dans cette technologie se concentrent souvent sur d’énormes gains en termes de puissance et non d’énergie. Les capacités des batteries ne doublent pas, mais la vitesse à laquelle elles peuvent se charger et se décharger l'est absolument. Dans certains cas, cela représente également bien plus que le double. Dans une interview précédente, le PDG du fabricant de matériaux d'anode en silicium Groupe14 m'a dit : « La nouvelle cellule qui [Molicel is] ils sortent avec la série X, mon garçon, ils prétendent qu'ils peuvent charger cela de zéro à 100 % en 90 secondes », et leurs cellules de test 21700 « Série X » ont une capacité comprise entre 2,5 ampères-heure et 5,2 Ah, ce qui est typique. pour le format avec la technologie d'aujourd'hui.

Gardez cela à l’esprit lorsque vous réfléchissez à la technologie des anodes en silicium. Il arrivera probablement avant les batteries à semi-conducteurs et sera largement utilisé dans les voitures électriques, mais ses premiers avantages seront principalement en termes de charge et non d’autonomie. De même, comme nous le savons tous, de nombreux problèmes liés à la recharge ne sont plus nécessairement liés aux véhicules mais aux infrastructures. Il peut donc sembler frustrant au début que ces nouvelles cellules de batterie de haute technologie ne semblent pas beaucoup meilleures sur la route, mais cela ne fera que s'améliorer à mesure que l'ensemble de l'écosystème des véhicules électriques s'améliore.

Les batteries s'améliorent enfin, mais d'autres choses devront également rattraper leur retard.

Peter est rédacteur associé chez Motor1 et est un amoureux de la plupart des technologies, en particulier sur les roues. Il a obtenu son diplôme en design industriel en 2020 et ne l’a plus utilisé depuis. Il réside dans le New Hampshire.