Les entreprises américaines font face à des défis considérables pour rattraper la domination asiatique sur le marché des batteries de véhicules électriques, mais la technologie des batteries à l'état solide (Solid-State Batteries) pourrait représenter une nouvelle opportunité stratégique pour regagner en compétitivité. C'est ce qu'a affirmé John Van Schooten, PDG de la start-up Solid Power basée dans le Colorado, qui livre une course contre la montre aux côtés d'autres entreprises américaines telles que QuantumScape etFactorial pour rivaliser avec le développement mondial.
Les batteries à l'état solide possèdent des capacités prometteuses par rapport aux batteries lithium-ion actuelles, les chercheurs s'attendant à ce qu'elles contribuent à augmenter l'autonomie des véhicules électriques, à élever les vitesses de charge et à éliminer les risques d'incendie. Cependant, cette technologie s'est heurtée à des complexités de fabrication commerciale à grande échelle et sans défauts, ce qui l'a maintenue en développement continu pendant de nombreuses années.
La stratégie de focalisation sur l'électrolyte sulfuré
Contrairement à certains concurrents qui cherchent à fabriquer la cellule complète, Solid Power se spécialise dans le développement d'un élément crucial unique : le matériau électrolyte qui facilite le mouvement des ions lithium entre les électrodes. Alors que les batteries lithium-ion traditionnelles reposent sur des produits chimiques liquides inflammables, les batteries solides reposent sur trois types principaux, incluant les polymères, les oxydes et les sulfures.
L'entreprise américaine parie sur la troisième option, son PDG ayant conçu un électrolyte sulfuré flexible que les fabricants de batteries actuels peuvent intégrer dans leurs processus de production habituels sans avoir à construire de nouvelles usines entièrement ou à procéder à des rééquipements coûteux, puisque les équipements de laminage standard pour batteries lithium-ion peuvent être utilisés.
La ligne de production Mobius et la collaboration avec de grandes entreprises
L'entreprise a récemment franchi une étape concrète en mettant en service sa ligne de production pilote (Mobius) dans son usine de Thornton dans le Colorado, dans le but de fabriquer et de vendre l'électrolyte aux grands constructeurs automobiles et fabricants de batteries énergétiques. L'entreprise a conclu des accords de développement conjoint avec des entreprises mondiales telles que Ford et BMW, ainsi qu'un partenariat tripartite avec BMW et Samsung SDI pour développer et commercialiser la technologie, Samsung se chargeant de fabriquer les cellules, BMW de développer les modules et les packs, tandis que Solid Power fournit le matériau électrolyte.
La ligne de production pilote devrait augmenter la capacité annuelle de l'entreprise de 45 tonnes métriques, pour atteindre une capacité totale de 75 tonnes métriques par an d'ici la fin de l'année.
Que représente concrètement cette évolution ?
Sur le plan des performances, les estimations de l'entreprise indiquent que l'ajout de l'électrolyte sulfuré à une anode en silicium et une cathode en nickel, manganèse et cobalt (NMC) pourrait élever la densité énergétique de la cellule à 390 wattheures par kilogramme, avec la capacité de dépasser 1 000 cycles de charge, par rapport aux batteries actuelles qui offrent généralement entre 250 et 280 wattheures par kilogramme. En cas d'utilisation d'une anode en lithium métallique, la densité théorique pourrait atteindre 440 wattheures par kilogramme. Néanmoins, l'entreprise souligne que ces chiffres restent théoriques et dépendent en fin de compte des conceptions de cellules élaborées par les fabricants de batteries eux-mêmes.
En ce qui concerne les défis techniques, l'entreprise continue de concevoir des solutions pour résoudre le problème de la formation progressive de structures dendritiques de lithium (Dendrites) susceptibles de provoquer des courts-circuits à l'intérieur des cellules. Outre l'automobile, l'entreprise estime que les premières applications pourraient apparaître dans les secteurs de la défense, des drones et des robots humanoïdes en raison de la brièveté des cycles de qualification et de la rapidité de leurs plateformes opérationnelles.