Comment les batteries EV à semi-conducteurs se comparent au lithium

Les constructeurs automobiles s’efforcent de développer des batteries à semi-conducteurs pour prendre de l’avance dans la course aux véhicules électriques. Comparons-le aux batteries lithium-ion.

Voiture électrique sont passés d’un statut de niche à celui du courant dominant. En 2020, les véhicules électriques (VE) représentaient moins de 5 % des ventes mondiales de voitures particulières. Mais en seulement 2 ans, cette part de marché a quasiment triplé (14 % en 2022). Les constructeurs automobiles se précipitent désormais pour développer leurs propres offres de modèles électrifiés afin de prendre une part du gâteau croissant des véhicules électriques.

Bien que quelques constructeurs automobiles investissent encore dans les véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène (HFCEV), les chiffres de ventes nous indiquent que les véhicules électriques à batterie (BEV) constituent la grande majorité des véhicules électriques vendus aujourd'hui. Sur environ 10,5 millions de véhicules électriques vendus dans le monde en 2022, les BEV purs représentaient 73 %, tandis que les véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV) occupaient la quasi-totalité des 27 % restants. Les piles à combustible pourraient encore se développer dans les applications industrielles et commerciales à l'avenir, mais les batteries seront probablement la solution de stockage d'énergie dominante pour l'industrie des véhicules électriques pour le reste de cette décennie.

À cette fin, les constructeurs automobiles entreprennent de vastes efforts de recherche et de développement en interne et en partenariat pour améliorer la technologie des batteries des véhicules électriques. D’après les récents communiqués de presse automobiles, il semble que les batteries à semi-conducteurs pourraient constituer la prochaine grande avancée dans l’électrification des véhicules.

Alors, qu’est-ce qu’une batterie à semi-conducteurs et en quoi est-elle différente de la batterie lithium-ion conventionnelle que les véhicules électriques utilisent aujourd’hui ? Poursuivez votre lecture et découvrez comment les batteries à semi-conducteurs peuvent changer l'industrie des véhicules électriques.

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Une batterie à semi-conducteurs est un appareil qui stocke l’énergie en utilisant un électrolyte solide au lieu de l’électrolyte liquide traditionnel. L'électrolyte agit comme un moyen de transport pour les ions lithium afin qu'ils puissent se déplacer entre une électrode négative (anode) et une électrode positive (cathode). Selon la direction du mouvement des ions, l'énergie est soit libérée (c'est-à-dire pendant l'utilisation de la batterie), soit stockée (c'est-à-dire pendant la charge de la batterie). En plus d'être un moyen de transport, l'électrolyte solide sert également de séparateur physique entre les deux électrodes.

La plupart des batteries lithium-ion conventionnelles des véhicules électriques actuels utilisent des solutions d'électrolyte liquide lithium-sel.

Les batteries à semi-conducteurs présentent de nombreux avantages par rapport aux batteries lithium-ion à électrolyte liquide actuelles.

Les sections suivantes aborderont ces avantages plus en détail.

Les batteries lithium-ion conventionnelles actuelles pour véhicules électriques peuvent stocker de 100 à 265 wattheures par kilogramme (Wh/kg). Selon la National Aeronautics and Space Administration (NASA), les batteries à semi-conducteurs sont capables de stocker jusqu'à 500 Wh/kg. Sur la base de ces chiffres, on constate que les batteries à semi-conducteurs peuvent stocker 2 à 5 fois plus d’énergie pour le même poids de batterie. Des batteries à semi-conducteurs plus légères et plus denses entraîneront de nombreuses améliorations opérationnelles dans différentes industries et applications, mais pour nous, acheteurs de voitures, l’avantage le plus important est peut-être une autonomie électrique plus longue.

L’anxiété liée à l’autonomie est l’un des principaux obstacles à l’adoption généralisée des véhicules électriques. Après tout, personne ne souhaite voir son véhicule électrique se décharger au milieu de nulle part, sans borne de recharge en vue. En 2023, les véhicules électriques aux États-Unis ont une autonomie moyenne de 291 miles. En maintenant tous les autres facteurs constants, les batteries à semi-conducteurs peuvent théoriquement augmenter l’autonomie moyenne des véhicules électriques à 600 miles. C'est près de 100 milles de plus que l'autonomie d'une Toyota Camry 2023 de 2,5 litres à essence uniquement (505,6 milles). Si 600 milles ne sont toujours pas impressionnants, Toyota a annoncé qu'elle pourrait proposer une batterie à semi-conducteurs de 900 milles après 2028.

Les futurs acheteurs de véhicules électriques peuvent s’attendre à trois avantages supplémentaires importants découlant de la densité énergétique plus élevée des batteries à semi-conducteurs : l’espace, la manipulation et l’utilité.

Selon un article de 2022 paru dans le Science Direct Journal, les batteries à semi-conducteurs sont considérées comme plus sûres que les batteries lithium-ion conventionnelles.