Le monde attendait avec impatience les avantages promis des batteries à semi-conducteurs : poids plus léger, autonomie plus longue, charge plus rapide, pas de liquides ou de gels inflammables, rien à congeler, etc. En décembre 2020, il semblait que QuantumScape était devant une foule domaine des fournisseurs potentiels de batteries à semi-conducteurs, mais maintenant, Solid Power, basé au Colorado, a annoncé le lancement d’une ligne de production pilote, dimensionnée pour produire jusqu’à 15 000 cellules par an pour que ses partenaires OEM l’utilisent dans les tests de développement. Solid Power s’attend à être le premier fournisseur de batteries à semi-conducteurs à atteindre cette étape critique de commercialisation. Cela pourrait-il suggérer que ses principaux investisseurs, BMW et Ford, pourraient être les premiers à commercialiser un véhicule électrique alimenté par ce type de batterie très attendu ?
Qu’y a-t-il dans la batterie Silicon EV de Solid Power ?
L’anode et l’électrolyte distinguent ce concept de batterie des autres. Elle est toujours qualifiée de batterie lithium-ion et, à ce titre, sa cathode (électrode positive) est constituée de nickel-manganèse-cobalt, comme on en trouve dans la plupart des batteries de véhicules électriques d’aujourd’hui. Mais l’anode est composée de plus de 50% de silicium, plutôt que du graphite de carbone plus typique (et souvent plus lourd). Le reste de l’anode est constitué de liants et d’additifs conducteurs ainsi que d’une partie de l’électrolyte sulfuré.
Qu’est-ce que l’électrolyte solide ?
Solid Power ne divulguera pas la chimie précise de son électrolyte, sauf pour dire qu’il s’agit d’un sulfure (d’autres recherches sur les batteries à semi-conducteurs ont impliqué des électrolytes de type céramique et polymère solide). Solid Power affirme que sa conception de batterie peut être fabriquée à l’aide de processus et d’équipements similaires actuellement utilisés pour produire les batteries lithium-ion d’aujourd’hui.
Les batteries Solid Power se dilatent-elles au fur et à mesure qu’elles se chargent ?
Les batteries proposées par QuantumScape et d’autres qui reposent sur une anode de collecteur de courant sur laquelle le lithium métallique se plaque simplement lorsque la batterie se décharge se dilatent toutes au fur et à mesure que cette réaction se produit. Les anodes en silicium peuvent également se dilater pendant la décharge, mais la structure du matériau composite en silicium de Solid Power limite cette expansion totale. Une certaine conformité est encore nécessaire pour s’adapter à cette expansion au niveau du module.
Qu’en est-il du coût et du poids ?
Solid Power affirme que ses cellules devraient permettre des économies de coûts au niveau du pack de 14 à 35 %, soit environ 85 $/kWh au niveau des cellules. Ils sont également plus denses en puissance en termes de rapport puissance/masse (estimé à 320 kW/kg, tandis que les 2170 cellules de Tesla atteignent 260 kW/kg) et de puissance par volume. Ainsi, le passage à l’état solide promet un choix d’avantages : une autonomie équivalente à moindre coût, avec des batteries plus légères qui pourraient également permettre d’alléger d’autres composants ; ou un prix équivalent pour un pack avec des cellules plus petites et moins chères qui étendent la portée.
Quelle est la puissance des cellules EV en silicium ?
La société prévoit d’optimiser ses cellules de batterie à semi-conducteurs pour des capacités allant de 60 à 100 ampères-heures. Ici, chaque « cellule » de type poche est constituée de 40 cathodes double face et de 41 anodes. Cela équivaut à 24 à 40 kWh à 400 volts, 48 à 80 kWh à 800 volts. Cette flexibilité devrait répondre aux spécifications de la plupart des partenaires automobiles tout en offrant une large gamme d’options de performances.
À quelle vitesse les cellules Silicon EV se chargent-elles ?
Solid Power revendique un temps de charge de 10 à 90 % inférieur à 15 minutes à un taux de charge « 2C » (ou le double des ampères-heures nominaux, soit 48 kW pour les cellules de 60 Ah à 400 volts à 160 kW pour un 100 cellule Ah à 800 volts). Là encore, les fabricants de véhicules électriques auront des boutons qu’ils pourront tourner lors du développement de leurs modules, packs, onduleurs, systèmes de charge et de gestion de batterie propriétaires, pour ajuster ces temps de charge à tout ce qu’ils veulent réclamer (et fournir une couverture de garantie pour).
La charge rapide court-circuitera-t-elle ces cellules de batterie ?
Des pointes de lithium métallique, appelées dendrites, peuvent se former dans n’importe quelle cellule à base de lithium dans des conditions extrêmes, et si ces pointes pénètrent dans le séparateur, elles peuvent court-circuiter la cellule. Solid Power s’efforce d’éviter cela en contrôlant le placage au lithium et en créant une barrière à la croissance des dendrites avec une couche de séparation.
Les cellules EV en silicium sont-elles sûres ?
Solid Power a soumis ses cellules de poche à la pénétration des clous, à la surcharge et à l’abus de court-circuit externe et a constaté qu’elles ne souffraient que de « défaillances bénignes » – donc pas de flammes, de ventilation ou de perte de matériau, et pas de températures extrêmes (elles atteignent 81 degrés F avec le clou, 156 degrés après une surcharge de 200 % – c’est chaud, mais pas dangereusement).
Combien de temps les batteries Solid Power doivent-elles durer ?
Les premières cellules de test ont montré qu’elles conservaient 80 % de leur capacité d’origine après 650 à 1 000 cycles, selon les conditions. L’extrémité inférieure de cette plage supposait une charge rapide CC tous les cinq cycles, tandis que l’extrémité supérieure représentait une charge plus normale à des températures modérées. Mais ces tests ont été effectués sur les premières cellules de l’échantillon. Solid Power s’attend à ce que les cellules de production entièrement développées durent 400 000 miles dans un véhicule électrique.
Si cette prédiction se réalise, le défi peut être de s’assurer que le reste d’un BMW iX ou d’un Ford F-150 Lightning survive aussi longtemps.