Le Saint Graal de la technologie des batteries est de trouver un moyen de fabriquer des batteries à semi-conducteurs. Qu’est-ce que ça veut dire? Pratiquement toutes les batteries au lithium utilisées aujourd’hui sont fabriquées dans la même configuration « jelly roll » qui a été utilisée pour fabriquer des batteries pendant des décennies. Les composants sont enroulés en spirale avec une pâte semi-liquide entre les deux. Cette pâte maintient l’anode et la cathode séparées et favorise le flux d’électrons entre elles.
Les fabricants de batteries ont d’énormes sommes d’argent immobilisées dans les équipements de production qui prennent en charge la méthode de fabrication des batteries en jelly roll. Cela signifie que peu importe à quel point une nouvelle technologie peut être gonflée, elle sera généralement accueillie froidement par les fabricants de batteries si elle n’utilise pas l’équipement de production qu’ils utilisent déjà.
L’attrait des batteries à semi-conducteurs
Les batteries conventionnelles ont cependant un inconvénient important. Cette pâte semi-liquide est souvent inflammable. Si un court-circuit se produit à l’intérieur de la cellule, celle-ci peut surchauffer et s’enflammer, souvent de façon assez spectaculaire.
Les batteries à semi-conducteurs évitent ce risque. Ils peuvent également avoir une durée de vie un peu plus longue et des densités d’énergie plus élevées que les cellules conventionnelles. Enfin, le risque d’incendie étant si faible, ils peuvent être rechargés plus rapidement à l’aide d’équipements de charge plus puissants. Que toutes ces qualités aient ou non un prix plus élevé que les batteries conventionnelles est inconnu pour le moment.
Solid Power expédie les premières batteries à semi-conducteurs
Solid Power poursuit le rêve de la batterie à semi-conducteurs depuis plus de 5 ans. Il a noué des relations avec BMW et Ford et a déclaré plus tôt cette année qu’il commencerait bientôt à fournir des prototypes aux fabricants. Les constructeurs automobiles utilisent ces prototypes pour mesurer leurs performances dans des situations réelles – froid glacial, chaleur écrasante, conduite longue distance, charge rapide, etc. Ils les testent pour la durabilité, la longévité et la dégradation.
Solid Power a annoncé le 21 décembre avoir approfondi son partenariat avec le groupe BMW en lui accordant une licence de recherche et développement sur le savoir-faire de Solid Power en matière de conception et de fabrication de cellules à semi-conducteurs.
La relation élargie offre des avantages significatifs aux deux sociétés, notamment la réalisation d’activités complémentaires de développement et de fabrication de cellules chez Solid Power et BMW afin de faire progresser davantage la capacité de la technologie de Solid Power. BMW a l’intention de dupliquer les lignes de production pilotes de Solid Power dans ses propres installations en Allemagne et de produire des cellules prototypes basées sur la technologie exclusive de Solid Power. Avant l’installation de la chaîne de prototypes, le personnel de BMW travaillera main dans la main dans les installations de Solid Power pour optimiser les processus de fabrication des cellules.
« Nous ne pourrions pas être plus enthousiastes à l’idée de développer notre relation avec BMW, une entreprise qui a démontré un engagement fort envers la technologie de Solid Power au cours des sept dernières années », a déclaré le Dr Derek Johnson, PDG de Solid Power. « Nous pensons que ce partenariat élargi et cette collaboration accrue sont un vote de confiance supplémentaire dans le développement technologique de Solid Power. »
« BMW reste engagé dans la poursuite des batteries entièrement à l’état solide, une technologie qui, selon nous, a un potentiel important pour l’avenir », a déclaré Frank Weber, membre du conseil d’administration de BMW responsable de la recherche et du développement. « Nous sommes impatients de travailler encore plus étroitement avec Solid Power et d’ajouter la capacité de produire des cellules à semi-conducteurs basées sur ses conceptions dans notre propre installation pilote. Nous nous attendons à ce que cet accord accélère l’installation de notre ligne de prototypes à semi-conducteurs et l’objectif commun de nos sociétés de commercialiser cette technologie cellulaire prometteuse.
BMW a accepté de verser à Solid Power 20 millions de dollars jusqu’en juin 2024, sous réserve de la réalisation de certaines étapes. Le nouvel accord inclut le partage du savoir-faire exclusif de fabrication d’électrodes et de cellules à l’état solide, mais n’inclut pas de licence sur la propriété intellectuelle liée au matériau électrolytique de Solid Power, qui reste son activité principale. Une fois que BMW aura installé sa chaîne de production de prototypes, Solid Power prévoit de fournir son électrolyte à BMW pour la production de prototypes de cellules.
« L’élargissement de notre relation avec BMW est une preuve supplémentaire que les deux sociétés pensent que Solid Power est sur la bonne voie avec son développement technologique », a déclaré David Jansen, PDG par intérim, président et président de Solid Power. « Je suis encouragé par les progrès que notre équipe continue de faire pour atteindre les objectifs de notre entreprise. Au cours des derniers mois, nous avons commencé à livrer des cellules de 20 Ah à nos partenaires, dont BMW, pour les tests initiaux et avons commencé la production de nos cellules EV initiales. Nous sommes impatients de mettre en ligne notre usine de fabrication d’électrolytes et de commencer le processus formel de qualification automobile.
Solar Power indique qu’elle remplace l’électrolyte liquide inflammable d’une batterie lithium-ion conventionnelle par un électrolyte solide à base de sulfure exclusif. En conséquence, ses cellules à semi-conducteurs devraient être plus sûres et plus stables sur une large plage de températures, fournir une augmentation de la densité d’énergie par rapport aux meilleures cellules de batterie rechargeables disponibles, permettre des conceptions de batteries moins chères et plus denses en énergie, et être compatible avec les procédés de fabrication lithium-ion traditionnels.
Et tuQuantumScape ?
Par une heureuse coïncidence, le 20 décembre, QuantumScape, la startup de batteries à semi-conducteurs soutenue par Volkswagen, a publié son propre communiqué de presse indiquant qu’elle avait expédié ses premiers prototypes de cellules de batterie au lithium métal à 24 couches aux équipementiers automobiles pour des tests. La livraison de ces cellules, appelées échantillons A0, a été l’étape publique clé de la société pour l’année, et la réalisation de cet objectif représente une étape importante vers la commercialisation de cette technologie.
Avec 24 couches, chacune comprenant un séparateur à semi-conducteurs, une cathode et un sur place anode au lithium métal formée, ces cellules prototypes ont des capacités de l’ordre de plusieurs ampères-heures, une gamme que la société estime pertinente pour une variété d’applications, notamment l’automobile et l’électronique grand public.
Avec ces cellules, les équipementiers peuvent démarrer le processus de test dans leurs installations et fournir des informations sur les performances des cellules. La société a encore beaucoup de travail à faire pour commercialiser cette technologie, notamment des améliorations de la qualité, de la cohérence et du débit de ses processus de production, ainsi que des améliorations supplémentaires du côté des produits, telles qu’une capacité de charge cathodique accrue et une efficacité d’emballage améliorée. La société prévoit d’apporter des améliorations sur ces fronts dans les générations suivantes d’échantillons A, B et C au cours des prochaines années.
« Je suis fier de notre équipe pour tous les efforts et la détermination qui ont permis d’atteindre cette étape, en particulier à la lumière des défis que nous avons rencontrés cette année », a déclaré Jagdeep Singh, PDG de QuantumScape. « Bien que cette étape nous rapproche de notre objectif ultime, il reste encore beaucoup à faire avant que cette technologie ne devienne un produit commercial, et nous tournons maintenant notre attention vers ce travail important. »
Les cellules A0 ont été construites dans le nouveau format de cellule de QuantumScape, qui était un autre objectif important pour l’année. Cette nouvelle architecture est un hybride entre les cellules prismatiques et à poche conçues pour supporter l’expansion et la contraction uniaxiales du lithium métal pendant la charge et la décharge. La société prévoit d’organiser un événement virtuel au cours de la nouvelle année pour en savoir plus sur ce nouveau format de cellule innovant.
Les plats à emporter
Le but de tester les batteries prototypes est de savoir si l’une de ces attentes est valide. Il faudra des années avant que les batteries à semi-conducteurs ne fassent leur apparition dans les voitures de série.
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