Les cellules à état solide peuvent rendre les États-Unis compétitifs dans le domaine des batteries à nouveau : le PDG

Les entreprises américaines pourraient être en train de rattraper les géants asiatiques dans le secteur des batteries, mais les batteries à état solide pourraient donner aux États-Unis une autre chance de devenir compétitifs. C’est ce que affirme le PDG de Solid Power, spécialiste en électrolyte solide basé au Colorado.

Solid Power fait partie d’une vague de jeunes startups américaines spécialisées dans les batteries — dont QuantumScape basée en Californie et Factorial basée au Massachusetts — qui se précipitent pour commercialiser des batteries à état solide.

Les scientifiques spécialisés dans les batteries estiment généralement que les cellules à état solide peuvent permettre aux véhicules électriques d’atteindre une plus grande autonomie, de se recharger plus rapidement, et d’éliminer les risques d’incendie par rapport aux batteries lithium-ion actuelles.

Cependant, il s’est avéré extrêmement difficile de fabriquer cette technologie à grande échelle sans défauts. Si vous suivez cette course, vous savez que cette technologie est depuis des années annoncée comme étant sur le point d’être mise en œuvre.

Batterie entièrement à état solide de Samsung SDI

Photo : Samsung

Cependant, Solid Power estime que l’attente en vaudra la peine à terme. L’entreprise prévoit que les batteries à état solide arriveront dans certains véhicules électriques haut de gamme d’ici la fin de cette décennie, suivies d’une adoption plus large au début des années 2030.

Elle a également obtenu en 2024 une subvention de 50 millions de dollars du Département de l’Énergie américain dans le cadre de la Loi sur l’infrastructure bipartisane pour soutenir ses efforts de développement.

Contrairement à certains de ses concurrents, Solid Power ne cherche pas à fabriquer une batterie complète. Elle se spécialise dans un ingrédient essentiel : l’électrolyte, qui permet le déplacement des ions de lithium entre les électrodes.

Dans une batterie au lithium-ion, cet électrolyte est généralement une substance chimique liquide inflammable. Dans les batteries à état solide, les entreprises se tournent principalement vers trois types d’électrolytes solides : les polymères, les oxydes et les sulfures.

Solid Power mise sur la troisième option. Le président et PDG John Van Scoter a déclaré à InsideEVs dans une interview que son électrolyte solide flexible à base de sulfure peut aider les fabricants de batteries établis à intégrer cette technologie dans leurs processus de production existants, permettant ainsi aux États-Unis de retrouver leur place dans le secteur des batteries.

« Toutes les batteries à état solide peuvent être le moyen pour [les États-Unis] de revenir sur le marché et de rester compétitifs dans l’industrie des batteries », a affirmé Van Scoter.

Le mois dernier, l’entreprise a fait un pas vers cet objectif en mettant en service sa ligne de production pilote Mobius dans son usine de Thornton, au Colorado. L’objectif ? Fabriquer et vendre des électrolytes depuis cette usine à certains des plus grands acteurs de l’industrie automobile et des batteries.

L’entreprise collabore déjà avec Ford, BMW, Samsung SDI, SK ON, ainsi qu’avec d’autres partenaires dont les noms ne seront pas révélés publiquement. Au lieu de fabriquer des batteries complètes par elle-même, Solid Power affirme que les fabricants de batteries peuvent intégrer son électrolyte dans leurs propres conceptions de cellules, tester les résultats et travailler ensemble pour affiner la technologie avant la production.

Van Scoter a indiqué que l’entreprise avait finalisé ses accords de développement conjoint avec Ford et BMW. Son attention se porte désormais sur la collaboration avec les principaux fabricants de batteries afin de déterminer comment développer la production à grande échelle.

La ligne pilote Mobius devrait entrer en service d’ici la fin de l’année, ajoutant une capacité de production annuelle d’électrolyte solide de 45 tonnes métriques. Associée à ses installations existantes, cette capacité porterait le total à 75 tonnes métriques par an.

Alors, qu’est-ce que tout cela signifie en termes de performances ? Lorsqu’il est combiné à une anode en silicone et à un cathode en nickel-manganèse-cobalt (NMC), l’électrolyte sulfureux de Solid Power permet d’augmenter la densité énergétique d’une cellule à 390 watt-heures par kilogramme et de lui assurer plus de 1 000 cycles de fonctionnement. (Les batteries NMC modernes utilisant des électrolytes liquides atteignent généralement entre 250 et 280 Wh/kg.)

Avec une anode en métal lithium, cette densité énergétique peut atteindre 440 Wh/kg, selon l’entreprise, soit presque le double de celle des batteries lithium-ion actuelles en moyenne. Cependant, il s’agit là de chiffres théoriques uniquement. La densité énergétique finale dépendra du fabricant de batteries qui construira la cellule réelle.

« Nous créons le mécanisme qui permet à la cellule de fonctionner », a déclaré Van Scoter. « Mais ce sont les caractéristiques de conception de la cellule qui déterminent la densité énergétique, la durée de vie en cycles et tous les autres attributs importants. »

Un autre avantage majeur est que l’entreprise estime que sa technologie ne nécessite ni de nouvelles usines ni des modifications coûteuses.

« Nous pouvons utiliser du matériel standard de fabrication de batteries lithium-ion pour produire toutes les cellules à état solide », a affirmé Van Scoter.

Bien sûr, les batteries à état solide doivent encore résoudre certains problèmes bien connus. L’un d’eux est la formation de dendrites. Il s’agit de minuscules structures en lithium ressemblant à des aiguilles qui peuvent se développer à l’intérieur d’une cellule, provoquant potentiellement des courts-circuits et une perte de capacité. Van Scoter a indiqué que Solid Power avait consacré beaucoup d’efforts d’ingénierie pour résoudre ce problème.

La société ne part pas non plus de zéro avec les constructeurs automobiles. L’an dernier, BMW a publié des images d’un prototype i7 équipé d’une batterie à état solide utilisant l’anode en silicium de Solid Power.

Prototype de batterie à état solide pour le BMW i7

Photo : BMW

BMW, Samsung SDI et Solid Power ont également conclu un accord tripartite pour développer cette technologie en vue de sa commercialisation. Samsung SDI fabriquera les cellules, BMW développera les modules et les packs de batteries, tandis que Solid Power fournira l’électrolyte solide. Le calendrier exact à partir duquel nous verrons les résultats de cette collaboration reste incertain.

D’autres startups américaines spécialisées dans les batteries à état solide adoptent une approche plus intégrée verticalement, en développant elles-mêmes l’ensemble des cellules. QuantumScape, par exemple, collabore avec Volkswagen, Honda et d’autres constructeurs automobiles pour commercialiser sa technologie. Entre-temps, Mercedes-Benz et Stellantis ont déjà commencé à tester des véhicules prototypes équipés de cellules à état solide de Factorial.

Cependant, Solid Power estime que cette technologie pourrait d’abord mûrir dans les applications défensives, les drones et les robots humanoïdes.

« Les cycles de mise à niveau sont plus courts et la durée de vie de la plateforme est bien plus rapide », a déclaré Van Scoter au sujet des drones et des robots.

Qu’en pensez-vous ?

Quoi qu’il en soit, les constructeurs automobiles et les entreprises de batteries américains n’ont pas vraiment profité de la vague des batteries lithium-ion, laissant cette opportunité aux géants asiatiques. Seul le temps dira s’ils parviendront à mettre au point les batteries à état solide en premier.

Contacter l’auteur : suvrat.kothari@insideevs.com

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