Le développement des batteries est sur le point de faire un bond en avant, passant de l’électrolyte liquide à l’électrolyte solide. Il n’y en a plus pour longtemps.
« Développement d’une nouvelle batterie miracle » ou “Une super batterie offre une autonomie de 1.000 kilomètres” – on lit souvent de tels gros titres . Mais la plupart du temps, ils ne font référence qu’à des développements en laboratoire, explique Marcus Jahn, chercheur en batteries à l’AIT Institute of Technology, lors d’une conférence de presse mardi.
Selon M. Jahn, il faut entre 10 et 19 ans pour qu’une batterie passe de la pile bouton en laboratoire à la commercialisation, par exemple pour être installée dans une voiture électrique. « Lors de l’ensemble du développement – c’est-à-dire du matériau jusqu’au pack d’accumulateurs fini – 75 pour cent de la densité énergétique initiale sont en outre perdus », explique l’expert. Ce qui était à l’origine présenté comme une batterie miracle ne l’est souvent plus du tout une fois la batterie terminée.
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Les batteries à la veille d’un bond en avant
Pourtant, le développement des batteries avance à grands pas. L’autonomie augmente, les temps de charge diminuent, la durée de vie des batteries augmente. De plus, un bond en avant se prépare : les batteries à électrolyte liquide sont remplacées par des batteries dites « solides ». Les batteries à l’état solide présentent plusieurs avantages : elles sont considérées comme sûres, car l’électrolyte solide ne présente aucun risque d’incendie s’il est endommagé. Elles ont une densité énergétique élevée et peuvent donc stocker plus d’énergie par kilo que les batteries traditionnelles. De plus, elles peuvent être chargées rapidement et ont moins de pertes de puissance en hiver.
« Pour l’industrie, il était clair qu’après le liquide, il fallait passer au solide, c’est une coupure brutale », explique Jahn. Entre-temps, on s’est écarté de cette voie, le développement d’une All Solid State Battery (batterie à l’état solide pur) s’est avéré plus complexe que prévu. « Entre-temps, on s’oriente aussi vers les Almost Solid State Battery, c’est-à-dire les batteries presque solides », explique Jahn. « 5 à 10 pour cent de liquide y sont toujours présents ».
Une batterie à l’état solide pur pas avant 10 ans
Ces batteries hybrides à l’état solide atteindraient le stade de la production en série dans cinq ans déjà. Jahn estime qu’il faudra encore attendre une dizaine d’années avant que les batteries solides pures ne soient commercialisées.
Un recyclage coûteux des batteries
Il y a 180.000 voitures électriques en Autriche, 3.000 s’y ajoutent actuellement chaque mois. Lorsque les batteries de ces véhicules sont recyclées en fin de vie, il y a de fortes chances qu’elles soient transportées à Premstätten près de Graz. L’entreprise de gestion des déchets Saubermacher y exploite une usine de recyclage de batteries. « Nous y prenons tout – de la pile bouton à la batterie de voiture », explique le manager Thomas Haid.
Un travail de longue haleine
Les batteries de voitures électriques doivent d’abord y être déchargées profondément afin qu’elles ne commencent pas à brûler lors du démantèlement. « L’énergie est injectée dans notre propre réseau », explique Haid. Ensuite, le démontage commence, en grande partie à la main, jusqu’à 37 étapes de travail sont nécessaires selon la batterie. Cela prend du temps : cinq heures et demie sont nécessaires pour préparer une batterie vide, le déchargement peut en outre durer jusqu’à dix heures.
Les différents éléments de la batterie sont ensuite traités thermiquement et mécaniquement par d’autres entreprises afin d’en extraire les métaux tels que l’aluminium, le cuivre et le fer ainsi que la « masse active ». Cette masse active – une poudre gris foncé à noire – est un petit trésor : on y trouve du lithium, du cobalt, du nickel, du graphite et du manganèse. Séparer ces substances les unes des autres est toutefois complexe. « Pour les métaux, nous pouvons récupérer 95 pour cent du matériau , l’efficacité globale du recyclage est de 70 pour cent », dit Haid.
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Coûteux
Le coût du recyclage des batteries est cependant encore élevé, les prix commençant à 5 euros le kilogramme. Pour une Tesla Model 3 avec une batterie de 478 kilogrammes, le recyclage seul coûte donc plus de 2.000 euros. Pour les batteries au lithium-phosphate de fer, qui contiennent des matériaux moins précieux, c’est encore plus cher.
La législation de l’UE fait toutefois avancer le recyclage des piles. Selon l’ordonnance sur les piles, 50 pour cent du poids d’une pile doit déjà être recyclé. Ces quotas seront progressivement augmentés d’ici 2023.
Jahn ne pense pas qu’une batterie solide sera alors installée dans chaque voiture électrique : « Un type de batterie ne couvrira pas tout, il y aura aussi différents types de batteries pour différentes exigences ». Pour ceux qui n’utilisent leur voiture électrique que pour faire la navette entre leur domicile et leur lieu de travail, une batterie moins chère avec une autonomie moindre peut être tout à fait intéressante. Ceux qui font souvent de longs trajets se tourneront peut-être plutôt vers une batterie solide plus chère.
La technologie de charge est prête
Toutes les super-accumulateurs ne servent toutefois à rien si la technologie de charge ne peut pas les recharger en quelques minutes. Il ne faut toutefois pas s’en inquiéter, estime Hauke Hinrichs, CEO de Smatrics, l’exploitant du plus grand réseau de recharge rapide d’Autriche. « L’infrastructure peut le faire, mais pas encore le véhicule », dit Hinrichs en faisant référence aux stations de recharge ultramodernes d’une puissance de recharge pouvant atteindre 400 kilowatts.
En 15 minutes, on peut y charger suffisamment d’énergie pour une autonomie de 400 kilomètres. Les premières ont été construites cette année en Autriche, et l’année prochaine, les premières stations seront installées avec une puissance de l’ordre du mégawatt. Pour les clients privés, des puissances de charge plus faibles, de l’ordre de 300 kilowatts, sont déjà suffisantes – ce qui permet de recharger confortablement sa voiture pendant que l’on fait ses courses au supermarché, par exemple.
Mieux pour le réseau électrique
Hinrichs s’attend à ce que le chargement sur des stations de chargement rapide augmente à l’avenir, notamment dans les villes où les propres raccordements de chargement – par exemple dans le garage – sont plutôt rares. Cela aurait également un effet positif sur la stabilité du réseau : « Les grands parcs de recharge rapide ont tendance à être raccordés à la moyenne tension, où il n’y a généralement pas de surcharge », explique Hinrichs.
En outre, il serait possible d’adapter les prix de la recharge à la disponibilité de l’électricité – si une grande quantité d’électricité solaire est injectée dans le réseau à midi, il serait possible de se rendre rapidement à la station de recharge pour recharger sa voiture. « On peut ainsi utiliser judicieusement l’énergie excédentaire à midi et avoir moins besoin de charger le soir – c’est doublement payant », explique Hinrichs.
