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Pourrons-nous bientôt rouler plus longtemps et plus loin à l'électricité?

Les batteries sodium-ion dépassent présentent plusieurs avantages. ©Doc

Les voitures électriques ne cessent de gagner en importance. Mais leur batterie est sous le feu des critiques: elle n’afficherait pas une autonomie suffisante et sa recharge durerait trop longtemps. Trois spécialistes nous expliquent comment ils s’attaquent à ces problèmes.

20 minutes de rechargement pour parcourir 600 kilomètres

Le centre de recherche louvaniste imec œuvre à une percée dans le domaine des batteries pour voitures électriques. L’objectif? "Un rechargement en 20 minutes et un rayon d’action de 600 kilomètres."

Les voitures électriques actuelles utilisent une batterie Li-ion. Celle-ci contient un électrolyte liquide: c’est l’agent qui établit le contact entre les deux pôles. La technologie actuelle présente cependant un inconvénient majeur, indique le professeur Philippe Vereecken, qui dirige le programme Batteries de l’imec. "En termes de capacité, les batteries actuelles ont atteint leur plafond. Pour gagner en puissance, il faut des batteries de plus grande taille, et ce n’est pas envisageable pour des voitures. En passant à des batteries ‘solid state’ – dont l’électrolyte n’est plus liquide mais solide – nous pourrions accroître la quantité d’énergie stockée sans modifier les dimensions de la batterie."

Plus loin et plus vite
La plus grande densité énergétique de cette nouvelle technologie permettrait aux véhicules électriques de rouler beaucoup plus longtemps avec un seul rechargement, et de se recharger plus rapidement. "En principe, il sera possible d’atteindre les performances des batteries à électrolyte liquide à la fin de l’année, pour ensuite les dépasser. Vers 2025, l’autonomie aura augmenté de moitié environ. Nous tablons sur le rayon d’action d’un moteur à essence: 600 à 700 kilomètres. Et d’ici à 2030, ce type de batterie se rechargera à 100% en 20 minutes. Ce délai sera encore raccourci par la suite. Il doit être possible d’arriver à 10 minutes."

"En termes de capacité, les batteries actuelles ont atteint leur plafond"
Philippe Vereecken
professeur à l'imec

Pas seul sur la brèche
L’imec n’est pas seul à plancher sur des technologies basées sur un électrolyte solide. Le constructeur automobile Toyota veut par exemple lancer la première voiture équipée d’une technologie comparable en 2022. Même s’il subsiste d’importantes différences, souligne le Pr Vereecken. "Ils utilisent une poudre, alors que notre technologie démarre comme un liquide et durcit ensuite."

 La variante imec améliore le contact, ce qui autorise des vitesses de chargement plus élevées. En outre, la production des batteries équipées de cette technologie se rapproche davantage de celle des batteries de la génération actuelle. "Les producteurs de batteries devront donc moins investir pour adapter leurs processus de production."

La start-up Lightyear a développé une voiture quatre roues motrices alimentée à l’électricité solaire et capable de parcourir jusqu’à 800 km sur un seul chargement de batterie. ©Doc

Aller travailler à l’énergie solaire


La start-up Lightyear a développé une voiture quatre roues motrices alimentée à l’électricité solaire et capable de parcourir jusqu’à 800 km sur un seul chargement de batterie. "La mise en production est imminente, le lancement commercial est prévu pour 2020."

Rouler pendant plusieurs semaines voire plusieurs mois sans recharger une seule fois la batterie? L’énergie solaire est la solution pour les déplacements domicile-lieu de travail quotidiens, affirme Lex Hoefsloot, CEO de la start-up néerlandaise Lightyear. "On quitte son domicile le matin la batterie chargée. On se gare chez son employeur et les panneaux photoélectriques intégrés dans le capot et sur le toit rechargent la batterie pendant les heures de bureau. Le soir, la batterie est pleine quand on rentre chez soi. Cette solution est idéale pour les déplacements quotidiens de moins de 50 kilomètres."

Deuxième génération
Pour les déplacements plus longs ou les usages plus fréquents, il sera nécessaire de recharger la voiture sur une prise électrique ou une borne de rechargement. Car l’énergie solaire seule ne permet pas de recharger une batterie à 100% dans des délais suffisamment courts. C’est pourquoi, pour Lightyear, la prochaine génération de voitures électriques ne fonctionnera pas qu’à l’énergie solaire.

"Tous les constructeurs ou presque s’inspirent de Tesla pour concevoir l’architecture de leurs voitures électriques: une batterie et deux moteurs électriques", indique Lex Hoefsloot. "Or, tant les moteurs que les batteries ont beaucoup évolué! Nous optons quant à nous pour une structure totalement différente. Notre voiture est par exemple nettement plus légère, et jusqu’à trois fois plus efficace du point de vue énergétique que les autres voitures électriques."

Disponible dès 2020
Et cela a un impact direct sur l’autonomie de la voiture. Un rayon d’action de 800 kilomètres avec un seul chargement doit être possible. Aujourd’hui, il fluctue entre 300 et 400 kilomètres en fonction du modèle et des conditions de route. La fabrication commencera à la fin de cette année. "La voiture sera produite aux Pays-Bas. Nous tablons sur 1.000 exemplaires exclusifs par an. Le prix de vente a été fixé à 119.000 euros hors TVA."

 

"Par ailleurs, dans un véhicule électrique, la batterie coûte 50% du prix du véhicule, voire un peu plus. En utilisant du sodium-ion, ce coût est revu à la baisse"
Laurent Hubard
CEO et directeur de Tiamat

Les premières batteries au sodium feront leur apparition d'ici à 2020


Depuis le premier prototype de batterie au sodium-ion conçu en 2015, la start-up Tiamat a travaillé sur une dizaine de prototypes. Fondée en 2017 spécifiquement pour développer et produire cette technologie prometteuse, Tiamat prévoit une production à grande échelle pour 2021.

Les batteries lithium-ion qui équipent la plupart des véhicules électriques montrent déjà leurs limitesen termes de vitesse de recharge, de durée de vie, de coût de production, etc. Les batteries sodium-ion dépassent ces limites et présentent plusieurs avantages. "Le principal est la rapidité de charge: entre 5 et 10 minutes, contre 4 à 5 heures pour du lithium-ion", souligne Laurent Hubard, CEO et directeur de Tiamat. "Par ailleurs, dans un véhicule électrique, la batterie coûte 50% du prix du véhicule, voire un peu plus. En utilisant du sodium-ion, ce coût est revu à la baisse. Enfin, le sodium est une ressource disponible sur le territoire européen, contrairement au lithium, plutôt localisé en Amérique du Sud et qui implique d’utiliser du cobalt, disponible en République démocratique du Congo où les conditions d'exploitation et de ressources sont violentes."

Tiamat a réalisé une dizaine de prototypes pour de petits équipements tels que des vélos et des trottinettes électriques. "Nous n'avons pas encore intégré la batterie sodium-ion à un véhicule. Pour l'instant, nous nous penchons sur des batteries de scooters électriques destinés à la livraison de biens. Historiquement, ils utilisaient trois batteries qui se rechargeaient pendant trois ou quatre heures. Grâce au sodium-ion, ces scooters tournent 24 heures sur 24 sans être immobilisés et sans avoir des stocks de batteries à gérer. Ces batteries autorisent des usages absolument inédits. L'autonomie réduite est compensée par un temps de charge ultrarapide."

Des constructeurs automobiles intéressés
Le choix d'une batterie sodium-ion ou lithium-ion revient donc au constructeur qui optera soit pour un maximum d'autonomie et une recharge plus lente, soit pour une autonomie moindre mais un temps de charge plus rapide. Aujourd'hui, les conducteurs préfèrent jouer la carte de la sécurité et se tourner vers le lithium-ion. Le frein actuel – le faible nombre de stations de recharge pour les batteries sodium-ion – sera levé d'ici à deux ans.

Côté financement, Tiamat vient de finaliser une première levée de fonds de 3 millions d'euros auprès de partenaires publics et privés. "Parmi ceux-ci, des constructeurs automobiles français, allemands et japonais nous soutiennent et se montrent intéressés par cette nouvelle technologie. Cette levée de fonds permettra de fabriquer une première centaine de prototypes pour des vélos, scooters, etc., jusqu'à la taille de petits véhicules de type taxi." Un deuxième tour de financement est prévu pour assurer la construction du site de production où sera validée la qualité industrielle des batteries, avant la commercialisation, prévue à l'horizon 2021.

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