Le principe global d'une pile lithium ion est d'avoir une anode et une cathode qui sont reliées par un électrolyte. Cet électrolyte permet la migration des ions et donc la génération du courant. Dans une batterie à état solide, l'électrolyte est solide. Généralement il sera en céramique ou en polymère solide. L'intérêt de la batterie à état solide est multiple. Déjà, la densité (la quantité d'électricité stockable) sera plus importante, mais la durée de vie est aussi plus importante. En effet, le phénomène de dendrites est moins présent. Une dendrite est un dépôt de lithium métal qui forme une sorte de racine. Cela diminue la performance de la batterie et peut provoquer un court-circuit et donc un incendie. Avec la solid state, c'est très réduit.

En théorie, on peut même couper la cellule en deux sans que cela ne pose de souci. Samsung a donc annoncé que les premières batteries tout état solide étaient opérationnelles depuis 6 mois, et très prometteuses. Ce sont les batteries annoncées en mars lors d'un autre "salon" de la batterie. Si le planning se déroule comme convenu, elles seront en grande série en 2027. Mais, concrètement, cela changerait quoi ? Tout ou presque.

Déjà, Samsung annonce 20 ans de durée de vie sans trop de souci. Mais également une densité pratiquement doublée par rapport aux lithium ion actuelles. Samsung évoque 500 Wh/kg. En plus de cette densité supérieure, elles sont capables d'encaisser des charges plus importantes sans sourciller. C'est la résistance aux dendrites qui permet cela. Ces batteries seraient capables d'être soumises à une puissance de charge de 6C, voire plus (6 fois la capacité). En clair, le 10 à 80% pourrait être fait en moins de 10 minutes, contre 25 à 30 minutes actuellement.

Résultat, en gardant le même poids de batterie, on double pratiquement l'autonomie sur une seule charge. Les véhicules pourraient afficher 900 à 1000 km et des capacités de 180 à 190 kWh. Ou bien on conserve la même capacité, et cela réduit le poids et donc la consommation (on compte généralement 3% par tranche de 100 kg).

La concurrence mise sur le semi-solide

Le gros problème de la batterie tout état solide, c'est son prix. Evidemment, la technologie est neuve et pas encore produite en très grande série. Ces batteries seront donc d'abord réservées aux véhicules haut de gamme et chers. C'est pour cela que les fabricants comme Samsung ou autre continuent la recherche sur les batteries LFP (lithium fer phosphate) qui sont installées dans les véhicules d'entrée de gamme.

Ce ne sont pas les seules voies d'amélioration. On peut citer les batteries MNX sans cobalt, ou l'amélioration des électrodes. Le but encore et encore est d'augmenter la densité, réduire les temps de charge, et augmenter la durée de vie.

Samsung promet donc de vendre à la fois des batteries "populaires", mais également les nouvelles batteries tout état solide. 2027 c'est demain. D'autres voies de développement sont suivies par d'autres constructeurs de batteries. C'est le cas des batteries "semi-solides" que certains constructeurs chinois produisent. De quoi augmenter déjà significativement la capacité des piles et avoir des capacités de 150 kWh environ.

Ces piles peuvent également être chargées à 5C ou 6C, faisant donc un 10 à 80% en 12 minutes environ. La guerre des piles électriques bat son plein et ce sont des milliards de dollars qui sont dépensés en R&D. L'enjeu est non seulement celui des véhicules électriques, mais aussi des équipements électriques comme les smartphones ou les ordinateurs portables.

Alors semi-solide ? Tout état solide ? Quelle génération de batterie prendra le lead ces prochaines années ?

Via The Elec