Quels matériaux sont utilisés pour fabriquer des batteries de véhicules électriques ?

Les véhicules électriques (VE) sont devenus une force révolutionnaire dans l’industrie automobile, offrant une alternative plus verte et plus durable aux véhicules traditionnels à moteur à combustion interne.

Les technologies avancées de batterie, qui ont fait l’objet d’importantes recherches et développements au fil des ans, sont au cœur du succès des véhicules électriques.

Ces batteries ne sont pas seulement responsables de l’alimentation des véhicules, mais jouent également un rôle crucial dans la détermination de leurs performances, de leur autonomie et de leur coût global. Les batteries représentent généralement plus de la moitié de la valeur d’un véhicule électrique. Un approvisionnement fiable devrait donc être vital pour l’avenir de l’industrie automobile britannique.

1. Batteries lithium-ion : l’épine dorsale de la mobilité électrique

Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont le type de batterie le plus couramment utilisé dans les véhicules électriques. Leur popularité peut être attribuée à leur densité énergétique élevée, qui leur permet de stocker plus d’énergie dans un emballage plus petit et plus léger.

Les composants clés d’une batterie Li-ion comprennent :

a. Cathode: La cathode est généralement constituée d'oxydes de lithium métallique, tels que l'oxyde de lithium-cobalt (LiCoO2), l'oxyde de lithium-manganèse (LiMn2O4) ou l'oxyde de lithium-nickel-cobalt-manganèse (LiNiCoMnO2). Le choix du matériau de la cathode influence les performances, la durée de vie et le coût de la batterie. La cathode est l’élément le plus cher, représentant jusqu’à un tiers du coût d’une cellule de batterie.

b. Anode: Le graphite est couramment utilisé comme matériau d'anode dans les batteries Li-ion. Cependant, des recherches sont en cours pour développer des matériaux d'anode alternatifs comme le silicium, qui peuvent offrir des capacités de stockage d'énergie plus élevées.

c. L'électrolyte: L'électrolyte facilite le mouvement des ions lithium entre la cathode et l'anode pendant la charge et la décharge. Les batteries Li-ion traditionnelles utilisent des électrolytes liquides, mais des électrolytes solides sont en cours de développement pour améliorer la sécurité et la densité énergétique.

2. Batteries à base de nickel : augmenter la densité énergétique

Les batteries à base de nickel ont gagné en importance ces dernières années en raison de leur densité énergétique plus élevée que les batteries Li-ion traditionnelles.

Ces batteries ont généralement une teneur plus élevée en nickel dans la cathode, comme les produits chimiques nickel-cobalt-aluminium (NCA) ou nickel-manganèse-cobalt (NMC). Avec une teneur plus élevée en nickel, ces batteries offrent des capacités de stockage d’énergie améliorées, conduisant à des autonomies étendues pour les véhicules électriques.

3. Batteries à semi-conducteurs : pionnières de l’avenir

Les batteries à semi-conducteurs constituent une technologie prometteuse de nouvelle génération qui vise à remplacer les électrolytes liquides par des matériaux solides.

En utilisant des électrolytes solides, ces batteries offrent une sécurité renforcée, éliminent le risque de fuite et fournissent des densités d'énergie encore plus élevées. Des matériaux tels que les céramiques de lithium, les sulfures ou les polymères sont à l'étude pour être utilisés dans les batteries à semi-conducteurs.

4. Batteries lithium-soufre : plus légères et plus denses en énergie

Les batteries au lithium-soufre (Li-S) ont le potentiel de révolutionner la technologie des batteries pour véhicules électriques. Elles sont incroyablement légères et présentent une densité énergétique théorique encore plus élevée que les batteries Li-ion.

Les batteries Li-S utilisent du soufre comme matériau de cathode et du lithium métal ou lithium-ion comme matériau d'anode. Cependant, les défis liés à la durée de vie et à la sécurité doivent encore être résolus avant de pouvoir être largement adoptés dans les véhicules électriques.

5. Autres documents : explorer des alternatives

Les chercheurs explorent continuellement des matériaux alternatifs pour améliorer les performances et la durabilité des batteries.

Certains de ces matériaux comprennent les batteries lithium-air, sodium-ion et magnésium-ion. Bien qu’elles en soient encore aux premiers stades de développement, ces alternatives ont le potentiel de rendre les batteries des véhicules électriques encore plus efficaces et rentables à l’avenir.

Les batteries des véhicules électriques ont parcouru un long chemin, mais leur évolution est loin d'être terminée.

Les matériaux utilisés pour construire ces batteries jouent un rôle essentiel dans la détermination des performances, de la sécurité et de l’impact environnemental des véhicules électriques.

Bien que les batteries lithium-ion restent aujourd'hui la technologie dominante, la recherche et le développement en cours se concentrent sur l'amélioration de la densité énergétique, de la sécurité et de la durabilité grâce à l'utilisation de batteries à base de nickel, à l'état solide, au lithium-soufre et d'autres produits chimiques innovants.

À mesure que les progrès se poursuivent, nous pouvons nous attendre à ce que les véhicules électriques deviennent encore plus accessibles, efficaces et respectueux de l’environnement, ouvrant la voie à un avenir plus propre et plus durable dans le secteur des transports, et le Royaume-Uni devrait en être au centre.

Plus tôt dans la journée, Tata, propriétaire de Jaguar Land Rover, a confirmé son intention de construire son usine phare de batteries pour voitures électriques au Royaume-Uni.

La nouvelle usine du Somerset devrait créer 4 000 emplois au Royaume-Uni et des milliers d'autres dans la chaîne d'approvisionnement au sens large. Tata a annoncé qu'elle investirait 4 milliards de livres sterling dans le site, mais il est entendu que le gouvernement fournit des subventions d'une valeur de centaines de millions de livres.

L'usine est décrite comme l'investissement le plus important dans l'automobile au Royaume-Uni depuis l'arrivée de Nissan dans les années 1980 ! Nous espérons que cela ouvrira la porte à de nouveaux investissements dans les batteries au Royaume-Uni, mais le temps nous le dira.