La pile au silicium a traversé 1000 cycles tout en conservant 83 % de sa capacité. Mais uniquement sous une pression de 10 bars.

Fraunhofer ISE a testé, dans le cadre du projet StrOboBatt, une cellule pouch de 25 Ah fabriquée artisanalement avec une anode riche en silicium. Après plus de 1000 cycles complets, elle a conservé plus de 83 % de sa capacité, ce qui dépasse le seuil de 80 % requis pour une utilisation commerciale. Si ce résultat peut être transféré aux batteries de série, une voiture utilisant des cellules de même masse parcourra des distances plus longues.

Le silicium offre de grandes performances, mais provoque une forte dilatation

Le silicium présent dans l’anode permet d’obtenir une densité énergétique plus élevée que le graphite. Le problème est qu’il absorbe les ions de lithium lors du chargement, ce qui augmente son volume jusqu’à 300 %, puis il se contracte à nouveau lors du déchargement. Le graphite fonctionne dans une fourchette de 10 à 12 %. Ce mouvement perturbe le contact électrique à l’intérieur de l’électrode et accélère la dégradation de l’électrolyte, ce qui fait que les cellules au silicium vieillissent généralement trop rapidement.

Les Allemands ont utilisé un composite silicium-carbone qui représente 51 % du matériau actif de l’anode. Ils l’ont combiné avec une cathode riche en nickel, et tout a été fabriqué sur une ligne pilote industrielle.

La pression et la puissance de charge influencent les résultats

La pression mécanique s’est avérée déterminante. Avec une pression axiale de 1000 kPa (environ 10 bars) pendant la charge et la décharge, le contact dans l’électrode est resté stable. À 300 kPa (environ 3 bars), la capacité utile diminuait nettement plus rapidement. Les documents disponibles ne précisent pas comment assurer une telle pression dans un pack automobile, ni quel en est le coût en termes de poids et de conception.

Une deuxième conclusion issue des essais en conditions dynamiques proches de la conduite : à haute puissance, la capacité diminue plus rapidement que lors des cycles de laboratoire doux. Les systèmes de gestion de la batterie dans les voitures futures devront tenir compte de ce facteur.

280 Wh/kg mesurés, 330 Wh/kg prévus

Les cellules testées ont atteint 280 Wh/kg. La valeur de 330 Wh/kg correspond à une estimation du Fraunhofer ISE pour une production de masse optimisée, et non à un résultat de mesure. Selon cet institut, cela représenterait une augmentation de 20 à 35 % par rapport aux cellules NMC et NCA actuelles, ainsi que presque le double par rapport aux cellules LFP.

L’institut convertit cette valeur en termes de voiture. Avec la même masse de batterie, le véhicule pourrait disposer de près de 100 kWh au lieu des environ 75 kWh actuels, et l’autonomie réelle d’un modèle de taille moyenne passerait d’environ 450 km à plus de 600 km. Il s’agit d’un calcul basé sur la densité énergétique, et non d’un test dans une véritable voiture.

Il y a aussi la question des matières premières. Le graphite arrive aujourd’hui en Europe principalement de l’extérieur, tandis que le silicium peut être obtenu et produit synthétiquement dans la région. Selon l’institut, cela permettrait de transférer une partie de la valeur ajoutée en Europe.

Pour l’instant il s’agit d’une seule cellule de 25 Ah, et non d’un pack pour voiture. Les documents ne mentionnent ni date de mise sur le marché, ni coût de la cellule, ni informations concernant un partenaire industriel. La réponse à la question de savoir si une pression de 10 bars peut être compatible avec la conception de la batterie dans la voiture nous attend encore.

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