Une technologie de batterie au silicium promet une meilleure autonomie

Douze ans de développement qui va donner naissance à une nouvelle catégorie de technologie de batterie augmentant l’autonomie entre dans la phase de production de masse pour les véhicules électriques. Sila, une société de matériaux pour batteries basée dans la Silicon Valley et ayant reçu plus de 930 millions de dollars de financement, affirme avoir finalisé un processus de fabrication de masse pour les premières anodes à base de silicium.

Mercedes comme premier client

L’entreprise a baptisé son nouveau matériau “Titan Silicon” et elle en est aux dernières étapes de qualification avec les constructeurs automobiles avant qu’une nouvelle usine ne commence la production à la fin de l’année prochaine. Sila affirme que les anodes Titan augmenteront immédiatement l’autonomie maximale des véhicules de 20 %. Son premier client est Mercedes, qui utilisera les anodes Titan dans son SUV EQG à grande autonomie, la version électrique de la Classe G du constructeur, à partir du début de l’année 2025.

Tesla étudie aussi cette technologie

Sila n’est pas la seule entreprise dans la course aux anodes de silicium. Tesla parle publiquement de développer sa propre anode de silicium depuis au moins 2020. À Seattle, Group14 Technologies a obtenu 650 millions de dollars et un accord de fourniture avec Porsche, tandis que OneD Battery Sciences, basée à Palo Alto, en Californie, travaille avec General Motors.

Une nouvelle chimie plus efficace

Depuis l’invention des batteries lithium-ion dans les années 1980, les anodes sont faites de graphite, qui est extrait ou traité presque entièrement en Chine. L’anode de la batterie sert de réservoir aux ions lithium. Lorsque la batterie est chargée, les ions remplissent les espaces entre les couches de graphite. Lorsque la batterie est déchargée, les ions s’écoulent vers l’autre côté de la batterie, appelé cathode. La plupart des progrès récents dans la chimie des batteries ont été réalisés du côté de la cathode. Le graphite fonctionne bien comme matériau d’anode, mais il s’accompagne d’un poids et d’un volume supplémentaires qui ne servent à rien. Certains constructeurs automobiles, dont Tesla, ont déjà saupoudré de petites quantités de silicium léger, ce qui permet à une batterie par ailleurs identique de se charger plus rapidement et de stocker plus d’énergie. Mais le problème du silicium – et il est de taille – est qu’il triple de volume à mesure que la batterie se remplit d’ions lithium. Même à de faibles concentrations de silicium, le gonflement peut rapidement dégrader la batterie. Les batteries haut de gamme actuelles contiennent environ 5 % de silicium.

Comment contourner ce problème

L’astuce pour fabriquer des batteries contenant davantage de silicium consiste à trouver un moyen d’empêcher l’expansion en encapsulant les particules de silicium dans une structure contraignante. La solution de Sila est un échafaudage en forme de fromage suisse qui entoure la particule de silicium et lui permet de se dilater dans les pores de la structure sans endommager l’enveloppe extérieure. Les minuscules capsules de Sila limitent l’expansion à seulement 6 %, selon l’entreprise, ce qui est similaire au graphite. Après 1 100 cycles de charge – ce qui équivaut à plus de 300 000 kilomètres de conduite – la batterie conserve 80 % de sa capacité de démarrage. Ce chiffre est également comparable à celui des batteries au graphite.

Des usines à venir

En octobre, Sila et Group14 ont reçu chacun 100 millions de dollars du ministère américain de l’Énergie pour accélérer la construction de leurs usines. Tesla a déclaré en 2020 qu’elle travaillait sur des anodes en silicium pour son nouveau format de batterie 4680, et les documents réglementaires de cette année-là montrent qu’elle a acquis SiILion, un fournisseur de batteries basé dans le Colorado qui travaille sur des anodes en silicium à haute concentration. D’ici 2030, le tiers des véhicules électriques serait équipé d’anodes en silicium et 100 % en 2035.

Avec des renseignements d’Automotive News Canada

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