Les batteries à électrolyte solide sont souvent présentées comme la prochaine grande avancée pour les voitures électriques, promettant une plus grande autonomie, une recharge plus rapide, une sécurité accrue et peut-être des coûts réduits.

Mais Robin Zeng Yuqun, fondateur et président de CATL, le plus grand fabricant mondial de batteries pour véhicules électriques, a ramené cet optimisme à la réalité. Et quand une telle autorité s'exprime, cela vaut la peine de l'écouter.

Loin d'un déploiement à grande échelle

Dans une interview accordée au magazine économique chinois Caijing, M. Zeng a déclaré que les véritables batteries à électrolyte solide étaient encore loin d'être commercialisées à grande échelle et qu'il était “ très improbable ” d'atteindre un million de véhicules avant 2030.

Son avertissement est d'autant plus important que CATL n'est pas un simple spectateur qui rejette une technologie concurrente. La différence essentielle réside dans le fait que Zeng parlait de “ véritables ” batteries à l'état solide, et non des modèles semi-solides ou hybrides qui équipent déjà certains véhicules chinois.

Une véritable batterie à électrolyte solide remplace l'électrolyte liquide des cellules lithium-ion actuelles par un électrolyte solide. En théorie, cela pourrait permettre d'obtenir une densité énergétique plus élevée, une meilleure sécurité incendie et des anodes en lithium-métal capables de stocker davantage d'énergie dans un même volume.

Produire des millions de cellules à moindre coût

Dans la pratique, cependant, le défi ne consiste pas à fabriquer une seule cellule de laboratoire performante. Il s'agit plutôt de produire des millions de cellules à moindre coût, en toute sécurité et avec une qualité constante, puis de démontrer qu'elles peuvent résister à des années de vibrations, de chaleur, de recharge rapide, de températures glaciales et de cycles de charge-décharge répétés dans des voitures réelles.

Zeng a mis en avant l'interface solide-solide comme un problème central : les ions doivent se déplacer sans heurts entre des matériaux solides qui, par nature, ne sont pas en contact parfait.

CATL classe actuellement la technologie des batteries à semi-conducteurs au niveau 4 sur une échelle de maturité technologique à neuf niveaux, ce qui signifie qu'elle en est encore au stade du développement technologique et qu'elle est loin d'être un produit commercialisé à grande échelle.

Cela ne signifie pas pour autant que la technologie à semi-conducteurs soit morte. Cela signifie simplement que le calendrier est probablement moins spectaculaire que ne le laissent entendre les gros titres. Toyota vise une utilisation pratique des véhicules électriques vers 2027 ou 2028, avec le soutien de Sumitomo Metal Mining et d'Idemitsu Kosan pour les matériaux clés.

Nissan souhaite commercialiser des véhicules électriques équipés de batteries tout-solide développées en interne au cours de l'exercice 2028 et prépare actuellement une ligne pilote à Yokohama. Honda a ouvert une ligne de production de démonstration au Japon afin de tester les méthodes et les coûts de production en série. Samsung SDI indique qu'elle vise la production en série de batteries tout-solide en 2027.

L'Europe et les États-Unis vont de l'avant

Les projets européens et américains passent également de la phase de laboratoire à celle de l'intégration dans les véhicules. Mercedes-Benz a testé un prototype d'EQS équipé d'une batterie à semi-conducteurs et souhaite mettre cette technologie en production en série d'ici la fin de la décennie.

BMW teste actuellement des cellules tout-solide grand format de Solid Power sur une i7. PowerCo, la filiale de Volkswagen spécialisée dans les batteries, a conclu un accord de licence avec QuantumScape qui pourrait à terme permettre une production annuelle de 40 GWh, extensible à 80 GWh, si les objectifs techniques sont atteints. Stellantis a commencé à tester sur route un prototype de Dodge Charger Daytona équipé de cellules à semi-conducteurs de Factorial.

La course est donc bien réelle, mais le choix des mots a son importance. Les expressions telles que “ essais sur route ”, “ ligne pilote ”, “ véhicule de démonstration ” et “ première mise en service ” ne signifient pas pour autant que des millions de voitures familiales seront équipées de batteries bon marché.

Le calendrier établi par BYD, qui prévoit des démonstrations vers 2027 et une mise en œuvre à plus grande échelle seulement après 2030, constitue un point de référence utile. Il va dans le sens de l'avertissement lancé par CATL, sans pour autant le contredire.

Pour le conducteur moyen d'un véhicule électrique, la réalité probable après 2030 n'est pas que toutes les voitures soient soudainement équipées d'une batterie à semi-conducteurs. La première vague concernera probablement les voitures haut de gamme, les modèles à grande autonomie et les véhicules de sport, où la réduction du poids, la densité énergétique plus élevée et les gains potentiels en matière de recharge rapide justifient le coût.

Une batterie plus petite et plus légère

Un véhicule électrique haut de gamme pourrait être équipé d'une batterie plus petite et plus légère tout en conservant la même autonomie, ou bénéficier d'une autonomie accrue sans pour autant avoir besoin d'une batterie plus volumineuse. La sécurité pourrait s'en trouver améliorée, car les électrolytes solides sont généralement moins inflammables que les électrolytes liquides ; toutefois, une batterie complète reste un système complexe à haute énergie, et non un dispositif sans risque.

Pour les conducteurs du grand public, les avantages pourraient se faire attendre. Si les cellules à semi-conducteurs restent coûteuses, les véhicules électriques abordables pourraient encore tirer davantage profit des batteries LFP, qui sont bon marché, durables, sans cobalt et déjà largement produites.

Les batteries au sodium-ion pourraient s'imposer pour les véhicules à faible autonomie, les deux-roues, une utilisation par temps froid et le stockage stationnaire, car elles permettent de réduire la dépendance au lithium. Les batteries NMC riches en nickel et celles riches en manganèse pourraient rester utiles lorsque la densité énergétique élevée l'emporte sur le coût.

Il existe également une idée fausse très répandue : la technologie « solid-state » n'est pas une composition chimique au même titre que le NMC, le LFP ou le sodium-ion. Il s'agit avant tout d'une architecture articulée autour d'un électrolyte solide.

Une future batterie à électrolyte solide pourrait tout de même utiliser du lithium, des cathodes riches en nickel ou d'autres matériaux. Le secteur n'a donc pas à choisir simplement entre “ électrolyte solide ” et “ LFP ”, mais entre de nombreuses combinaisons de cathodes, d'anodes et d'électrolytes, en tenant compte du coût, de la sécurité, de la durabilité et de la chaîne d'approvisionnement.

Il faudra encore des années avant de pouvoir rivaliser

L'Agence internationale de l'énergie a également averti que les volumes de production des batteries à semi-conducteurs seraient probablement limités au début et qu'il faudrait peut-être attendre plusieurs années après leur mise sur le marché pour que cette technologie puisse rivaliser avec les batteries lithium-ion actuelles en termes de coût.

La barre est placée très haut, car les batteries classiques continuent de s'améliorer. Les batteries LFP gagnent en performance, les batteries NMC offrent une densité énergétique de plus en plus élevée, les compositions LMFP et à forte teneur en manganèse font leur apparition, et les batteries sodium-ion passent du stade de la promesse à celui de la production.

Il n'y a pas non plus d'autre « batterie miracle » qui attendrait juste après les batteries à semi-conducteurs. Les batteries lithium-soufre, lithium-air, métal-air et d'autres technologies chimiques avancées promettent, en théorie, des avancées majeures, notamment en termes de poids, d'utilisation des matières premières ou de densité énergétique théorique.

Mais la plupart sont encore plus loin de la production automobile de masse que les batteries à semi-conducteurs, car ils se heurtent à des problèmes non résolus en matière de durée de vie, de puissance, de rendement, de sécurité, de conception ou de coût.

Au cours de la prochaine décennie, le changement le plus important devrait donc résulter d'améliorations progressives plutôt que d'un remplacement spectaculaire : des batteries LFP et LMFP plus performantes, des cathodes riches en manganèse, des anodes riches en silicium, des batteries sodium-ion pour certains cas d'utilisation spécifiques, des cellules semi-solides et, à terme, de véritables batteries à l'état solide lorsque leur rentabilité sera avérée.