Les fabricants de batteries pour véhicules électriques s'efforcent de réduire la domination de la Chine dans le secteur des batteries en développant des matériaux moins coûteux pour les cellules.
Les start-ups américaines et européennes s'efforcent de mettre au point de nouvelles technologies. piles en utilisant deux matériaux abondants et bon marché, le sodium et le soufre, qui pourrait réduire la domination de la Chine sur les batteries, atténuer les goulets d'étranglement qui se profilent et déboucher sur un marché de masse pour les véhicules électriques.
Les VE d'aujourd'hui fonctionnent avec des batteries lithium-ion, fabriquées principalement à partir de lithium, de cobalt, de manganèse et de nickel de haute qualité, dont les prix sont montés en flèche.
Les producteurs occidentaux ont du mal à rattraper leurs rivaux asiatiques et les constructeurs automobiles s'attendent à ce que les goulets d'étranglement de l'offre touchent la production automobile vers le milieu de la décennie.
Les véhicules électriques du futur, ceux qui arriveront après 2025, pourraient être équipés de batteries sodium-ion ou lithium-sulfure qui pourraient être jusqu'à deux tiers moins chères que les cellules lithium-ion d'aujourd'hui.
Mais leur promesse dépend des percées potentielles en électrochimie de jeunes entreprises telles que Theion, basée à Berlin, et Faradion, basée au Royaume-Uni, ainsi que Lyten, aux États-Unis.
Les nouvelles batteries chimiques présentent des problèmes qui doivent être résolus. Les batteries sodium-ion ne stockent pas encore suffisamment d'énergie, tandis que les piles au soufre ont tendance à se corroder rapidement et ne durent pas longtemps.
Cependant, plus d'une douzaine de start-ups ont attiré des millions de dollars d'investissement, ainsi que des subventions gouvernementales, pour développer de nouveaux types de batteries.
Actuellement, la Chine domine la production de batteries, y compris l'extraction et le raffinage des matières premières.
Benchmark Mineral Intelligence, une société de conseil basée au Royaume-Uni, estime que la Chine possède actuellement 75 % de la capacité mondiale de raffinage du cobalt et 59 % de la capacité de traitement du lithium.
"Nous dépendons toujours d'une chaîne d'approvisionnement en matériaux provenant de Chine", a déclaré James Quinn, directeur général de Faradion, une start-up britannique spécialisée dans les batteries sodium-ion, qui a reçu plus d'un million de dollars de subventions gouvernementales de la part d'Innovate UK avant d'être rachetée par le conglomérat indien Reliance l'année dernière pour 117 millions de dollars. "Si l'on considère les implications géopolitiques mondiales de cette situation, il s'agit d'un défi pour l'énergie, l'économie et la sécurité nationale.
Les géants asiatiques des batteries travaillent également sur de nouveaux produits chimiques. L'entreprise chinoise CATL a déclaré qu'elle prévoyait de commencer à produire des cellules à ions sodium en 2023. La société coréenne LG Energy Solution a pour objectif de commencer à produire des cellules au lithium-soufre d'ici à 2025.
La technologie de la batterie
Le composant le plus coûteux d'une batterie de VE est la cathode, qui représente jusqu'à un tiers du coût d'une batterie.
La plupart des batteries de VE utilisent aujourd'hui l'un des deux types de cathode : nickel-cobalt-manganèse (NCM) ou phosphate de fer-lithium (LFP).
Les cathodes NCM sont capables de stocker plus d'énergie, mais elles utilisent des matériaux coûteux (nickel, cobalt). Les cathodes LFP ne stockent généralement pas autant d'énergie, mais elles sont plus sûres et tendent à être moins chères car elles utilisent des matériaux plus abondants.
Le coût des principaux matériaux cathodiques, tels que le nickel et le cobalt, est monté en flèche au cours des deux dernières années.
C'est la raison pour laquelle de nombreuses entreprises espèrent substituer des matériaux moins chers et plus abondants, tels que le sodium et le soufre, si leurs limites techniques peuvent être surmontées.
"L'ion sodium a certainement un créneau, en particulier pour le stockage fixe et les véhicules bas de gamme sur les marchés sensibles aux coûts tels que la Chine, l'Inde, l'Afrique et l'Amérique du Sud", déclare le consultant Prabhakar Patil, un ancien cadre de LG Chem.
"Les coûts d'importation du sulfure de lithium seront probablement de meilleure qualité, bien qu'il ait le potentiel d'être moins coûteux", a déclaré M. Patil.
La société Amandarry, basée dans le Michigan, et la startup britannique AMTE Power développent des batteries sodium-ion utilisant du chlorure de sodium, c'est-à-dire du sel de table, comme principal composant de la cathode. Elles n'ont pas besoin de lithium, de cobalt ou de nickel, les trois composants les plus coûteux des batteries.
Ο Jeff Pratt, Διευθύνων Σύμβουλος του Κέντρου Βιομηχανικής Βιομηχανίας Μπαταριών του Ηνωμένου Βασιλείου – ένα εργοστάσιο με κρατική χρηματοδότηση 130 εκατομμυρίων λιρών (153 εκατομμυρίων δολαρίων) που νοικιάζει τις γραμμές παραγωγής του σε νεοφυείς επιχειρήσεις για να δοκιμάσει τη χημική σύνθεση των μπαταριών – είπε ότι προσπαθεί να τοποθετήσει τα κύτταρα μιας startup ιόντων νατρίου σε ένα γεμάτο πρόγραμμα παραγωγής γιατί είναι «στρατηγικά σημαντικό» για τις ελπίδες της Βρετανίας να βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της ανάπτυξης νέων, καλύτερων μπαταριών.
Les sociétés américaines Lyten et Conamix, l'allemande Theion et la norvégienne Morrow développent des cathodes à base de soufre de lithium qui nécessitent encore du lithium en plus petites quantités, mais pas de nickel ni de cobalt.
En utilisant des matériaux cathodiques omniprésents - le soufre est largement utilisé dans les engrais et est donc aussi bon marché que le sel -, ces jeunes entreprises affirment que les coûts des batteries pourraient être réduits de deux tiers, ce qui pourrait rendre les VE abordables pour les classes moyennes.
Les batteries actuelles des VE coûtent généralement entre 10,000$ et 12,000$.
"Si nous parvenons à atteindre les objectifs que nous avons définis avec certains des plus grands constructeurs automobiles du monde, nous serons dans la course", a déclaré Charlotte Hamilton, PDG de Conamix.
L'itinéraire
Les jeunes entreprises spécialisées dans les batteries affirment être en pourparlers avec les principaux constructeurs automobiles, dont certains testent activement de nouvelles batteries qui pourraient être intégrées dans des voitures électriques produites en série avant la fin de la décennie. Les constructeurs automobiles tiennent à garder leurs options ouvertes.
"Avec le temps, d'autres produits chimiques (batteries) verront le jour", a déclaré Linda Zhang, ingénieur en chef du camion électrique F150 Lightning de Ford. "Il serait stupide de ne pas tirer parti de ces produits chimiques.
Lors de la Journée des batteries 2020 de Tesla, le PDG Elon Musk a déclaré que l'entreprise adopterait une "approche à trois niveaux" pour les batteries lithium-ion en utilisant différents matériaux pour construire des véhicules électriques "vraiment économiques" - notamment des cellules de batterie LFP à base de fer - ainsi que des véhicules électriques plus grands, plus puissants et plus chers utilisant des cellules NCM ou NCA à base de nickel avec des matériaux de cathode en cobalt ou en aluminium.
Les développeurs de batteries espèrent pouvoir ajouter les batteries sodium-ion et lithium-soufre à la gamme ouverte à l'industrie automobile.
Duncan Williams, directeur général de la société de conseil Nomura Greentech, a déclaré que les avancées récentes comblent l'écart sur des questions telles que la densité énergétique et la durée de vie, "et nous nous attendons donc à ce que ces deux solutions prennent des parts de marché à l'avenir".
La société Amandarry, basée dans le Michigan, produit déjà des cellules à ions sodium dans son usine de Haining, en Chine, de sorte que ces cellules ne pourraient pas bénéficier d'incitations au titre de la loi américaine sur la réduction de l'inflation.
L'entreprise indique qu'elle construira également une usine en Amérique du Nord.
Amy Chen, associée, indique que la première application d'Amandarry dans le domaine des transports concernera probablement les deux-roues électriques.
Outre l'avantage financier, M. Chen explique que les batteries d'Amandarry peuvent être rechargées très rapidement - 80 % en 15 minutes.
Kevin Brundish, PDG d'AMTE Power, a déclaré que l'entreprise commençait par produire des batteries pour les systèmes de stockage d'énergie stationnaires, tels que ceux utilisés par les opérateurs de réseaux, pour lesquels la densité énergétique est moins importante.
M. Quinn, de Faradion, a déclaré que les batteries de l'entreprise étaient déjà compétitives par rapport aux cellules LFP et qu'elle avait formé une coentreprise pour le stockage de l'énergie avec le géant de l'agroalimentaire ICM Australia.
M. Quinn a déclaré qu'à une échelle relativement faible, les batteries Faradion devraient être un tiers moins chères que les batteries LFP à base de fer.
Il a déclaré que Faradion avait eu des discussions avec "la plupart des grandes entreprises automobiles".
"D'ici trois à cinq ans, vous verrez (nos batteries) sur les routes.
"La chimie du futur
Le soufre est une "mauvaise chimie dure" pour fonctionner dans les batteries, explique Celina Mikolajczak, responsable technique des batteries chez Lyten, une start-up californienne qui a attiré 47,5 millions de dollars d'investisseurs, selon le site web d'investissement PitchBook.
Mais, a-t-il souligné, il s'agit de "la chimie de l'avenir, celle qui amènera les batteries sur le marché de masse".
Ulrich Ehmes, PDG de Theion, affirme que le problème du soufre est qu'il est si corrosif qu'il tue une batterie après 30 charges.
Toutefois, il a indiqué que l'entreprise berlinoise, qui est soutenue par plusieurs investisseurs privés, a mis au point une méthode de traitement et d'enrobage d'une électrode de sulfure de lithium qui lui permettra de durer toute sa vie dans la voiture électrique.
Theion prévoit de commencer à fournir des batteries dans le courant de l'année pour alimenter les pompes et les fusées spatiales au moment du lancement. M. Ehmes a indiqué que l'entreprise prévoyait de commencer à expédier des cellules d'essai aux constructeurs automobiles en 2024, les premières applications de production de véhicules électriques étant attendues vers 2027.
Theion estime que ses cathodes de lithium-soufre pourraient stocker trois fois plus d'énergie que les cellules NCM standard, se charger extrêmement rapidement et réduire le coût des batteries de deux tiers, à environ 34 $ par kilowattheure.
«Είναι φθηνό, έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, οπότε φαίνεται να είναι εύστοχο», συμπλήρωσε ο Ehmes.
Tony Harper, directeur du Faraday Battery Challenge, le programme du gouvernement britannique qui investit dans la promotion de nouvelles technologies de batteries, a déclaré que l'industrie automobile était de plus en plus préoccupée par l'approvisionnement en lithium, cobalt, manganèse et nickel, et que de nouveaux produits chimiques étaient donc essentiels.
"Cela va ajouter de la pression à ce que nous pensions être une situation très, très difficile", a déclaré M. Harper.
