CATL : Les cellules à état solide sont encore loin de la commercialisation. Le problème réside dans la dégradation et… l’électrolyte permanent.
Robin Zeng, président et fondateur de CATL, a accordé une interview au magazine chinois Caijing. Contrairement aux déclarations de certains fabricants affirmant déjà tester des batteries à électrolyte solide, Zeng soutient que celles-ci en sont encore au stade de prototype de laboratoire et qu’un long chemin reste à parcourir avant leur commercialisation. Leur principal problème réside justement dans ce qui devrait en être l’avantage : l’électrolyte solide. En effet, il n’est pas facile de forcer les ions à se déplacer dans des solides, or ce sont précisément ces ions qui constituent le principe de fonctionnement des cellules Li-ion.
L’électrolyte solide et une idée ingénieuse pour les cellules solide-liquide
Ces derniers jours, Stellantis a annoncé avoir commencé à tester des cellules prototypes Factorial dans une voiture expérimentale, ces dernières présentant une densité énergétique de 0,375 kWh/kg. Des paramètres très similaires (0,35 kWh/kg) ont été communiqués par le chinois Dongfeng, qui souhaite également commencer à installer des packs à état solide (all-SSB, ASSB) dès la seconde moitié de l’année en cours. Dans les deux cas, les densités énergétiques sont impressionnantes, mais les fabricants soit ne communiquent pas d’autres données (dégradation, temps de charge), soit indiquent des valeurs qui ne rivalisent pas avec les meilleures cellules LFP.
Module à cellules solid-state Factorial utilisé dans les véhicules Stellantis. Faites attention aux rivets de la structure ainsi qu’aux serre-joints et vis qui compriment probablement les cellules, c’est-à-dire qui les maintiennent sous une haute pression (c) Stellantis
Le président de CATL affirme presque directement que l’utilisation d’électrolytes solides, principale avantage des cellules solid-state, constitue en même temps le plus grand défi technologique (source). Les ions de lithium se déplacent sans problème dans l’électrolyte, mais ne peuvent pas sauter. C’est pourquoi les électrodes (par nature : solides) ainsi que l’électrolyte (nouveau : solide) doivent être chauffés et comprimés lors de la production à l’aide d’une pression atteignant 6 000 atmosphères, soit plus de 600 MPa (megapascals). Afin que les ions puissent se déplacer à travers la structure, d’abord dans les électrodes, puis dans l’électrolyte, pour finalement s’ancrer dans l’électrode cible.
Pour comparaison : l’hydrogène utilisé pour alimenter les voitures à piles à combustible est stocké sous une pression de 88 MPa. Dans les véhicules FCEV, la pression nominale est de 70 MPa. L’utilisation de telles pressions a nécessité des progrès dans les technologies matérielles, avec l’emploi de fibres de carbone et de composites pour la fabrication des réservoirs à gaz.
Véhicule expérimental pour tester les piles à état solide Factorial (photo ci-dessus) (c) Stellantis
Revenons cependant aux batteries à état solide. Le président de CATL souligne que l’utilisation de hautes pressions pour fusionner les électrodes avec l’électrolyte fait que les matériaux présentant des résistances au compactage différentes se déforment de manières distinctes. Cela peut entraîner une structure hétérogène et une répartition inégale des composants, ce qui se traduit par des anomalies augmentant la résistance interne et accélérant la dégradation des cellules, ce qui complique leur commercialisation. Les conclusions semblent à la fois évidentes et surprenantes : l’utilisation d’électrolytes solides peut effectivement ralentir la dégradation due aux charges ultrarapides pendant le fonctionnement, mais elle provoque des problèmes à une étape antérieure : la production.
Dans ce contexte, les cellules à électrolyte solide-liquide semblent être une solution presque idéale, où la phase liquide représente jusqu’à 5 pour cent. Elles n’exigent pas l’emploi de pressions très élevées, car il y a entre les électrodes et l’électrolyte solide un liquide qui permet aux ions de se déplacer. Inconvénients ? Ces cellules contiennent toujours à l’intérieur un électrolyte liquide, une substance inflammable.
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