Quel avenir pour l’autonomie et les batteries des véhicules électriques ?

1.205 km. Voilà la distance que la Lucid Air Grand Touring a réussi à parcourir en juillet dernier. Il s’agit, à l’heure d’écrire ces lignes, d’un record mondial certifié pour une voiture électrique de série. Sur papier, en suivant la procédure de test WLTP qui permet de comparer les véhicules électriques entre eux, cette grande berline de la marque américaine Lucid est capable de parcourir jusqu’à 960 km. Mais avec quel type de batterie ? Une batterie au lithium, bien sûr, mais de type NMC (nickel, manganèse et cobalt).

Le type de batterie importe beaucoup car, en septembre dernier, Mercedes a réussi à égaler ce record avec un pack batterie à l’état de prototype embarqué dans la berline EQS. Cette batterie, développée avec des groupes motopropulseurs haute performance Mercedes-AMG et des cellules du fabricant américain Factorial Energy, utilise des cellules à l’état solide. Là est peut-être la future révolution (dont on parle depuis de nombreuses années !) : des cellules de batterie à électrolyte solide pourraient venir remplacer celles à électrolyte liquide commercialisées actuellement sur le marché.

Mais d’après plusieurs constructeurs, il ne faut pas attendre l’arrivée de batteries à électrolyte solide dans des voitures commercialisées en masse avant… 2030, comme l’explique notamment Markus Schäfer, membre du conseil d’administration de Mercedes-Benz Group AG, directeur de la technologie, du développement et des achats : « La batterie solide change véritablement la donne pour la mobilité électrique. Avec le succès de la conduite longue distance de l’EQS, nous montrons que cette technologie fonctionne non seulement en laboratoire, mais aussi sur la route. Notre objectif est d’intégrer de telles innovations dans la production en série d’ici la fin de la décennie et d’offrir à nos clients un nouveau niveau d’autonomie et de confort. »

Dans le cas du prototype développé par Mercedes et Factorial Energy, les cellules lithium-métal (à électrolyte solide, donc) héritent, comme toute batterie dite « solide », d’une densité d’énergie supérieure : « jusqu’à 25 % de plus que les batteries lithium-ion conventionnelles », d’après la marque à l’étoile. En d’autres termes, les cellules à électrolyte solide délivrent davantage d’énergie par kilo. À capacité comparable, le poids des batteries « à état solide » serait donc inférieur à celui des batteries à électrolyte liquide. Et qui dit masse en mouvement réduite dit aussi moins d’énergie nécessaire pour déplacer cette masse ! Conséquence globale : une meilleure autonomie.

De plus, l’électrolyte solide permet des temps de charge plus courts, une durée de vie prolongée, une meilleure résistance aux températures extrêmes et, pour couronner le tout, une meilleure sécurité. En effet, le risque d’incendie ou d’explosion est moindre. Tout ça est très beau sur papier mais, dans la pratique, l’industrialisation de masse rencontre quelques obstacles.

Le premier obstacle est d’ordre mécanique ou structurel. En se chargeant et se déchargeant, en plus d’affronter des températures extérieures variables, les éléments internes d’une batterie se dilatent ou se contractent. Avec l’électrolyte liquide, ces mouvements sont maitrisés. C’est beaucoup plus délicat avec l’électrolyte solide qui peut se fissurer. Le groupe Stellantis, qui travaille comme Mercedes avec Factorial Energy, a réussi à développer des cellules-prototypes capables d’encaisser 600 cycles de charge-décharge. Mais une cellule à électrolyte solide peut brutalement se briser, alors qu’une cellule à électrolyte liquide, au pire, se dégrade. En outre, une cellule à électrolyte solide doit subir une forte pression constante pour que ses couches restent en contact afin de générer de l’énergie, ce qui constitue un autre défi de conception. En résumé, la technologie ne serait pas encore assez stable et fiable pour le secteur automobile.

Le deuxième obstacle est d’ordre industriel et aussi financier. L’assemblage des batteries « à l’état solide » ne ressemble pas à celui des batteries « classiques ». Cela entraîne donc des coûts de production très élevés. Pour vous donner une idée, Stellantis a investi 75 millions de dollars auprès de Factorial Energy, afin de développer les cellules dont nous parlions plus haut, en 2021…

Voilà pourquoi de nombreux acteurs automobiles en sont encore au stade de prototype. Le groupe chinois Chery (Omoda et Jaecoo) semble très avancé, promettant une autonomie approchant les 1.300 km (avec le cycle d’homologation chinois). Un autre chinois, MG (groupe SAIC), a récemment commercialisé sur le marché chinois un modèle avec batterie semi-solide. Un juste milieu pour réduire les coûts ? Ça reste à voir car un autre constructeur chinois, Nio, a abandonné fin 2025 la production de ses batteries semi-solides en raison du coût de production complètement déraisonnable…

Pour conclure, mettons les batteries « à l’état solide » de côté pour revenir dans le présent. Les batteries LFP (lithium, fer, phosphate), les plus « courantes », surtout pour les citadines et voitures électriques d’entrée de gamme, sont de moins en moins chères à produire. Un cran au-dessus, les batteries NMC offrent déjà des autonomies proches des 1.000 km. Pensez à la Lucid citée en début d’article ou encore aux Volvo EX60, BMW iX3 et Mercedes CLA qui proposent toutes près de 800 km d’autonomie WLTP. Assez peu de voitures à moteur thermique offrent une si grande autonomie ! N’est-ce pas largement suffisant ? D’autant plus que les progrès en matière de recharge sont admirables avec de plus en plus de constructeurs capables de commercialiser des voitures se rechargeant de 10 à 80 % en à peine 15 minutes… Et cela va encore progresser d’ici peu !

Acceptant ce constat, le futur pourrait bien se cacher ailleurs, en remplaçant le lithium, dont l’exploitation a un impact négatif sur l’environnement, par du sodium. Ce dernier est bien plus abondant sur la planète et moins couteux. Ses propriétés pour faire fonctionner une batterie ne sont pas si éloignées de celles du lithium, d’où son intérêt. Mais comme « rien n’est parfait », le sodium cache une faille : la densité énergétique des batteries sodium-ion serait inférieure à celle des batteries lithium-ion. Néanmoins, vous pourriez bel et bien entendre parler de plus en plus du sodium dans les mois et années à venir…