Les chercheurs et les entreprises font progresser les batteries à état solide, qui promettent des véhicules électriques plus sûrs, à plus longue autonomie et avec une charge plus rapide. Des prototypes pourraient apparaître dans les véhicules d'ici 2027, avec une commercialisation visée pour 2030. Les défis de fabrication restent le principal obstacle malgré les avancées dans les matériaux superioniques.
Les batteries à état solide représentent une technologie de nouvelle génération pour les véhicules électriques (VE), conçues pour être plus légères, plus compactes et plus sûres que les batteries lithium-ion actuelles en remplaçant les électrolytes liquides inflammables par des électrolytes solides. Ces batteries pourraient permettre aux VE de parcourir 400 à 600 miles avec une seule charge et de se recharger en minutes, répondant à l'anxiété liée à l'autonomie et aux temps de charge qui prennent actuellement une demi-heure ou plus.
La faisabilité des batteries à état solide a été démontrée dans des laboratoires du monde entier, mais scaler la production à des coûts acceptables est le défi clé. 'Si vous regardez ce que les gens publient comme feuille de route de l'industrie, ils disent qu'ils vont tenter des démonstrations de prototypes réels de batteries à état solide dans leurs véhicules d'ici 2027 et viser une commercialisation à grande échelle d'ici 2030', déclare Jun Liu, scientifique des matériaux à l'Université de Washington.
Les avancées dans les matériaux superioniques, découverts au cours des deux dernières décennies, permettent aux ions lithium de conduire aussi vite que dans les électrolytes liquides, ou plus vite. Ces matériaux permettent une densité d'énergie plus élevée, potentiellement en utilisant des anodes en métal lithium qui stockent 10 fois plus d'énergie par gramme que les anodes en graphite dans les batteries lithium-ion. De tels anodes évitent les problèmes comme la formation de dendrites, qui peuvent causer des courts-circuits ou des incendies dans les systèmes à base liquide.
Les batteries lithium-ion, optimisées sur 30 ans, coûtent maintenant 115 $ par kilowatt-heure en avril 2025, en baisse par rapport à 7 500 $ en 1991, avec des projections à 80 $ d'ici 2030. Elles alimentent la plupart des VE aujourd'hui, avec des taux d'incendie d'environ 25 pour 100 000 véhicules vendus—bien inférieurs à 1 500 pour les voitures à essence. Cependant, les plateaux de performance en vitesse de charge et densité d'énergie créent des opportunités pour la technologie à état solide.
Les investissements dans le développement à état solide atteignent des milliards au niveau mondial, avec des partenariats impliquant Toyota, Volkswagen et des startups comme QuantumScape. Les électrolytes sulfures, sensibles à l'humidité et potentiellement toxiques en cas de rupture, sont des candidats précoces pour l'intégration dans les lignes de production existantes. Les alternatives oxydes offrent de la stabilité mais nécessitent une manipulation spécialisée en raison de leur fragilité.
'Toute entreprise automobile a dit que les batteries à état solide sont l'avenir', note Eric Wachsman de l'Université du Maryland. L'adoption précoce pourrait cibler des applications haute performance comme les VE, les drones et l'aviation électrifiée, où une énergie, une puissance et une sécurité plus élevées sont critiques. La Chine domine 70 % de la production de lithium-ion, faisant de l'état solide une opportunité stratégique pour les autres nations.