Les batteries à semi-conducteurs font parler d’elles depuis des années, mais elles ne sont pas encore sorties des laboratoires. Maintenant, une étude Comau augure bien: il est possible de les construire à grande échelle avec la technologie italienne
Qu’on le veuille ou non, les voitures électriques sont l’avenir proche de l’industrie automobile. Qu’on le veuille ou non, dans un avenir très proche, l’industrie automobile aura un gros problème à résoudre : celui des batteries. La batterie est le cœur de la voiture électrique et, aujourd’hui, l’un des composants les plus coûteux à construire. Non seulement l’autonomie dépend de la batterie, mais aussi des performances, des temps de charge et du prix final de la voiture. Mais aussi la sécurité car, il est inutile de le nier, encore aujourd’hui il est impossible d’affirmer que les batteries des voitures électriques sont sûres à 100% : malheureusement il arrive encore, même si beaucoup moins que par le passé, qu’une voiture électrique attrape “inexplicablement” feu . L’explication, cependant, existe généralement et doit être recherchée précisément dans la batterie qui, en raison d’un comportement incorrect du conducteur ou d’un défaut d’usine, a été endommagée provoquant une ou plusieurs réactions chimiques qui ont conduit à l’incendie. L’une des réponses possibles au risque d’incendie et d’explosion des batteries, que l’industrie tente depuis des années de concrétiser avec des millions et des millions d’euros d’investissements dans la recherche, se trouve dans les batteries dites à semi-conducteurs. Ces types de batteries, disent les chercheurs qui les développent, sont “à sécurité intrinsèque” car, telles qu’elles sont fabriquées, les réactions chimiques qui déclenchent l’incendie de la batterie ne peuvent pas avoir lieu à l’intérieur de celles-ci. Clairement net de dommages importants ou de falsification.
LIQUIDE VS SOLIDE
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Sur les voitures électriques et hybrides, l’industrie automobile utilise aujourd’hui différents types de batteries, avec des formes et des formules chimiques très différentes, mais toutes avec des ions lithium et toutes avec un électrolyte “à l’état liquide”. Ces batteries, synthétisant au maximum, sont composées de trois éléments principaux : un pôle positif (appelé cathode), un pôle négatif (appelé anode) et un liquide ou gel à travers lequel se déplacent les électrons (appelé électrolyte). Les batteries dites « à l’état solide » sont fabriquées de manière très similaire, mais l’électrolyte n’est pas un liquide ou un gel : c’est un solide, généralement un matériau de type céramique ou un polymère. Cette “solidité” de l’électrolyte rime avec “stabilité” et, en pratique, le fait que l’électrolyte soit solide évite qu’il ne s’enflamme et/ou n’explose. Tout cela, entre autres, avec d’autres avantages tels qu’une plus grande quantité d’électricité pouvant être accumulée par rapport aux batteries traditionnelles à électrolyte “à l’état liquide” (avec le même poids et la même taille de batterie).
L’USINE DE BATTERIE
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S’il existe déjà plusieurs “gigafactories” dans le monde aujourd’hui capables de produire en grande quantité, et à des coûts de plus en plus bas, des batteries à électrolyte liquide traditionnelles, il n’en va pas de même pour les batteries à l’état solide. À l’heure actuelle, en effet, il n’existe aucun procédé industriel permettant de produire, de manière automatisée et économiquement durable, des batteries à l’état solide de taille et de capacité suffisantes pour être utilisées pour les voitures électriques. Il existe de nombreuses études qui vont dans ce sens, mais aucun constructeur n’est encore capable de fabriquer de grandes quantités de batteries à semi-conducteurs pour l’industrie automobile. L’absence de processus industriel pour construire des batteries à l’état solide, entre autres, effraie les fabricants eux-mêmes qui, dans ce moment historique de transition très délicat, dépensent des milliards d’euros pour construire les nouvelles usines et les nouvelles lignes de production de batteries liquides. La peur est très simple à expliquer, et aussi compréhensible : si un constructeur dépense aujourd’hui quelques milliards d’euros pour construire une giga-usine dans laquelle construire des batteries d’un certain type, comment pourra-t-il dépenser quelques milliards d’euros de plus à partir de zéro dans quelques années pour tout changer et construire un autre type de batterie ?
J’ÉTUDIE
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Si les batteries à l’état solide ne sont pas encore arrivées, c’est aussi pour des raisons industrielles : il n’y a pas d’usines pour les fabriquer et on ne sait même pas comment faire ces usines, car il n’existe pas encore un seul type de batterie à l’état solide sur quel pari. Mais les expériences sont nombreuses, dont l’une semble susciter l’espoir : le britannique Ilika Technologies, en collaboration avec le turinois Comau (groupe Stellantis), a réalisé une étude – dans le cadre d’un projet également financé par le gouvernement de Sa Majesté – sur l’évolutivité de la production d’un type spécifique de batterie à semi-conducteurs, sur laquelle Ilika travaille depuis des années. L’étude, en pratique, a servi à démontrer si et comment il sera possible de passer de la phase expérimentale à celle de production, et à quelle échelle. Les résultats sont prometteurs : les procédés d’Ilika, nés en laboratoire, sont évolutifs, grâce à la savoir-faire et les technologies de Comau, à un niveau industriel et, entre autres, sans que le fabricant de batteries n’ait à saigner à mort lors du passage à l’état solide. En fait, environ les deux tiers des machines utilisées aujourd’hui pour produire des batteries lithium-ion traditionnelles à électrolyte liquide peuvent également être réutilisées pour produire les nouvelles batteries à semi-conducteurs. Si tout se passe comme Comau et Ilika l’ont prévu, l’argent investi aujourd’hui pour produire les batteries nécessaires pour rester sur le marché des voitures électriques ne sera donc pas “jeté” demain, car la plupart des machines peuvent également être conservées dans la nouvelle production lignes pour les batteries de nouvelle génération. “Nous devons maintenant passer à la phase suivante : entrer dans les détails de chaque machine de production de batteries, passer du concept aux machines – explique Gian Carlo Tronzano, responsable mondial du Battery Cell Global Competence Center à Comau – Un nouveau projet est en cours discuté, s’il est approuvé, nous commencerons en octobre et cela durera deux ans “.
DU CONCEPT À LA MACHINE
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Tous les projets de recherche sur les batteries les plus avancées de Comau passent par Tronzano, une entreprise qui travaille depuis plus de dix ans sur des technologies de production d’accumulateurs d’énergie pour l’industrie automobile : « Nous avons commencé par la production de packs, puis nous sommes allés jusqu’aux modules , prototypes et production de massenous avons travaillé sur fabrication de cellules», explique le physicien-responsable. Comau ne produit pourtant pas de batteries : il produit les machines qui servent à produire les batteries. Bref, pour résoudre les problèmes de ceux qui aujourd’hui doivent dépenser ces fameux milliards d’euros pour construire les hangars avec à l’intérieur les lignes de production de batteries et qui, demain, devront dépenser plus d’argent pour passer de la technologie à l’état liquide à l’état solide. Si c’est le choix technique qui l’emportera sur les autres, et ce n’est peut-être pas forcément le cas pourquoi pas il peut savoir aujourd’hui, avec certitude, quel type de batterie nous utiliserons demain : “C’est un concours de technologies – poursuit Tronzano – Les technologies évoluent et on ne sait pas encore qui sera la gagnante. C’est pourquoi nous travaillons avec plusieurs partenaires et sur plusieurs fronts. « Déjà aujourd’hui, en revanche, Comau produit les machines nécessaires à la fabrication de batteries pour différents types de voitures : de l’hybride léger au 100 % électrique, avec des cellules de toutes formes.
DE LA MACHINE À LA MACHINE
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Les batteries lithium-ion actuelles à électrolyte liquide constituent donc probablement la passerelle nécessaire pour passer d’une mobilité à moteur thermique à une mobilité 100 % électrique. Mais il n’est pas certain que dans dix ou quinze ans nous continuerons à les utiliser. Ce qu’il est actuellement possible de prévoir, et que l’expérience de Tronzano confirme, c’est que les premières voitures électriques à batteries à semi-conducteurs seront des modèles haut de gamme, très chers. La nouvelle technologie apparaîtra donc en premier dans la gamme haut de gamme des constructeurs haut de gamme : “Mon hypothèse est que nous verrons peut-être déjà les premiers prototypes dans deux ou trois ans – explique Tronzano – mais les voitures commerciales n’arriveront pas avant cinq ans. Je espérer être démenti par les faits ». Nous verrons, dans quelques années, quels constructeurs automobiles pourront mettre sur le marché en premier des voitures électriques à batteries à semi-conducteurs et, surtout, nous verrons à quel prix. Si cette technologie s’avère effectivement avantageuse, par rapport à l’actuelle, alors peut-être entrerons-nous dans une longue phase de “solid state”, avec de fortes chances que la chaîne de production d’où sort la batterie de la voiture que nous conduisons soit fabriqué en Italie. .
14 juin 2022 – 11:58
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