QuantumScape présente une batterie solide qui se charge en 5 minutes et conserve 80 % de sa capacité après 1 000 cycles.

Pendant des années, les batteries à électrolyte solide ont été présentées comme le Saint-Graal de la voiture électrique : plus d’autonomie, des temps de recharge bien plus courts et une sécurité supérieure à celle des batteries conventionnelles. Cependant, transformer ces avantages théoriques en un produit pouvant être fabriqué à grande échelle et fonctionner pendant des centaines de milliers de kilomètres s’avère bien plus compliqué que prévu.

L’un des fabricants qui essaie depuis le plus longtemps de surmonter ces difficultés est QuantumScape. Cette entreprise américaine, qui entretient des liens industriels étroits avec le Groupe Volkswagen, a annoncé récemment une nouvelle plateforme nommée Osprey, qu’elle compte utiliser pour accélérer le développement de batteries entièrement solides et ouvrir sa technologie à d’autres fabricants.

La nouveauté ne réside pas uniquement dans l’obtention d’une batterie aux bonnes performances. QuantumScape affirme avoir résolu l’un des problèmes techniques les plus importants des batteries utilisant des sulfures : la nécessité d’appliquer une pression mécanique élevée pour assurer un fonctionnement stable au cours des cycles de charge et de décharge.

Une batterie qui se charge en cinq minutes et conserve 80 % de sa capacité après 1 000 cycles

La nouvelle plateforme Osprey combine plusieurs technologies que QuantumScape développe depuis des années. D’une part, elle utilise son séparateur en céramique breveté, conçu pour permettre le transport des ions de lithium et éviter les problèmes liés à la formation de structures métalliques indésirables qui détériorent les cellules. D’autre part, elle intègre un design à lithium métallique sans anode conventionnelle ainsi qu’un cathode entièrement solide.

Ce dernier aspect représente une différence importante par rapport à d’autres architectures qui combinent des composants solides avec des matériaux liquides. Chez Osprey, QuantumScape cherche à éliminer l’électrolyte liquide et à tirer parti des avantages d’une architecture entièrement solide.

Les premiers essais publiés par l’entreprise montrent des résultats particulièrement intéressants. Les cellules ont réussi à effectuer 1 000 cycles complets de charge et de décharge tout en conservant environ 80 % de leur capacité initiale. Un résultat qui indique une durabilité potentiellement compétitive pour leur utilisation dans les voitures.

Pour donner une idée de cette valeur, si une batterie permettait de parcourir 500 kilomètres par cycle complet, 1 000 cycles équivaldraient théoriquement à environ 500 000 kilomètres d’utilisation cumulée. Il s’agit évidemment d’une équivalence indicative, car la dégradation réelle dépend également du temps, des températures et des conditions d’utilisation.

Mais le chiffre qui retiendra probablement le plus l’attention est sa vitesse de recharge. QuantumScape affirme que Osprey peut passer de 10 % à 80 % de sa capacité en seulement cinq minutes. On parle donc de puissances supérieures à 500 kW.

L’entreprise vise également une densité énergétique volumétrique potentielle allant jusqu’à 1 100 Wh/L, un chiffre très élevé qui permettrait de stocker plus d’énergie dans le même espace. Cela ouvre deux possibilités pour les fabricants : augmenter l’autonomie sans augmenter les dimensions de la batterie ou conserver la capacité actuelle en utilisant un ensemble plus compact.

À ces performances s’ajoute la capacité de fonctionner à des températures inférieures à -20 °C, une caractéristique particulièrement intéressante pour les marchés aux hivers rigoureux, où les batteries conventionnelles peuvent subir des pertes importantes en termes de performances et de capacité de recharge.

Cependant, le progrès le plus important pourrait être un autre, bien moins spectaculaire sur le papier, mais essentiel pour permettre à cette technologie d’arriver dans les usines.

Les batteries solides à base de sulfures nécessitent généralement une pression mécanique considérable pour maintenir un bon contact entre leurs composants internes. Si ce contact se détériore au cours des cycles de charge et de décharge, la résistance interne augmente et la dégradation de la batterie peut s’accélérer. Cela oblige à intégrer des systèmes capables de maintenir les cellules comprimées, ce qui ajoute de la complexité, du poids et des coûts à l’ensemble. C’est un problème particulièrement important dans les voitures, où chaque kilo et chaque centimètre disponible compte.

QuantumScape affirme que Osprey a réussi à mener à bien ses essais en utilisant uniquement une atmosphère de pression, soit approximativement la pression atmosphérique normale. L’entreprise présente ce résultat comme une avancée particulièrement significative pour les batteries à cathodes solides à base de sulfures.

Obtenir une longévité élevée sans recourir à de fortes pressions pourrait simplifier considérablement la conception des futurs packs de batteries et faciliter leur intégration dans les voitures électriques en production.

L’entreprise affirme avoir testé cette architecture en utilisant différentes formulations de cathodes solides, développées tant en interne que fournies par ses clients du secteur automobile. Cela permettrait à d’autres fabricants d’utiliser le séparateur céramique ainsi que l’architecture de QuantumScape pour développer leurs propres batteries.

Ce qui nous manque, ce sont les dates. QuantumScape n’a pas indiqué de date précise pour une production commerciale à grande échelle, ni précisé le coût que cette technologie entraînerait par rapport aux batteries LFP ou NMC actuelles.

Cependant, les progrès annoncés sont intéressants car ils abordent simultanément plusieurs des grands défis des batteries solides : durabilité, vitesse de recharge, densité énergétique et contraintes de fonctionnement.

Si QuantumScape parvient à transférer ces résultats à des cellules de plus grande taille et à des processus industriels compétitifs, Osprey pourrait devenir l’une des plateformes qui contribueront au saut décisif vers des batteries entièrement solides. Une technologie qui promet depuis des années de transformer la voiture électrique et qui, peu à peu, commence à offrir des résultats de plus en plus concrets.