18.05.2022 - Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI)

À quoi ressembleront les batteries à l'état solide à l'avenir ?

Les batteries à l'état solide ont un grand potentiel, mais elles devront prouver leur viabilité commerciale au cours des cinq prochaines années.

Fraunhofer ISI a développé une feuille de route pour les batteries à l'état solide couvrant un large éventail d'aspects, des matériaux individuels, des composants et des cellules jusqu'à leur utilisation. Elle évalue de manière critique les recherches existantes ainsi que les dernières découvertes et compare le potentiel de développement des batteries à l'état solide au cours des dix prochaines années avec celui des batteries lithium-ion établies. La feuille de route démontre que les batteries à l'état solide ont beaucoup de potentiel, mais qu'elles devront prouver leur viabilité commerciale dans les cinq prochaines années.

Les batteries lithium-ion (LIB) actuelles sont basées sur des électrolytes liquides et sont utilisées dans de nombreuses applications mobiles et stationnaires. Toutefois, leur potentiel d'optimisation diminue à mesure que la technologie progresse - on s'attend à ce que cette technologie atteigne lentement ses limites au cours de la prochaine décennie. Les batteries à l'état solide (SSB) utilisant des électrolytes solides, qui sont en cours de développement et pourraient arriver sur le marché dans les années à venir, offrent la promesse d'améliorer plusieurs indicateurs clés de performance (ICP) importants. L'ensemble du secteur des batteries pourrait en bénéficier ainsi que du développement continu de la technologie LIB, qui restera dominante au cours des prochaines années.

Sur la base d'une analyse documentaire complète et d'un processus approfondi de consultation d'experts, les spécialistes des batteries du Fraunhofer ISI ont élaboré une feuille de route dans laquelle les trois variantes d'électrolytes solides les plus prometteuses - les électrolytes d'oxyde, les électrolytes de sulfure et les électrolytes de polymère - sont examinées plus en détail et comparées aux développements attendus des batteries lithium-ion.

Les batteries à l'état solide ont un grand potentiel

Les résultats montrent que les batteries à l'état solide (SSB) devront faire preuve d'une amélioration significative de leurs performances par rapport aux batteries à électrolyte liquide les plus récentes afin d'obtenir une part significative du marché. Dans ce contexte, les principaux indicateurs de performance sont la densité énergétique, la sécurité, la durée de vie, le coût et la capacité de charge rapide. Les batteries à l'état solide ont le potentiel de surpasser les LIB conventionnelles en termes de densité énergétique, notamment parce qu'elles permettent l'utilisation d'anodes en métal Li. En outre, elles sont considérées comme ayant un niveau de sécurité élevé, même au niveau de la cellule, car elles ne contiennent pas de liquides inflammables. Leur durée de vie pourrait même dépasser celle des LIB à électrolyte liquide, bien que des défis techniques, tels que les changements de volume pendant la charge ou la décharge, doivent encore être surmontés pour y parvenir. Au début de leur introduction sur le marché, le coût des batteries à l'état solide sera probablement beaucoup plus élevé que celui des LIB actuelles, en partie à cause des volumes de production plus faibles. La capacité de charge rapide des batteries à l'état solide est actuellement limitée par la conductivité ionique généralement faible des électrolytes solides, mais leur conception pourrait être adaptée spécifiquement à cet effet. Il convient toutefois de noter que l'amélioration d'un indicateur clé de performance se fait souvent au détriment d'un autre, et les batteries pourraient être adaptées en conséquence pour répondre à des exigences et des utilisations spécifiques.

Le secteur automobile offre le plus grand potentiel global pour les batteries à l'état solide et devrait, à moyen ou long terme, devenir leur principal secteur d'application. Les batteries solides basées sur des électrolytes sulfurés pourraient initialement être utilisées dans le secteur grand public dans les ordinateurs portables, les smartphones ou les outils électriques, car les exigences et les procédures d'essai y sont moins strictes. À partir de 2028 environ, le secteur automobile devrait être le premier domaine d'utilisation des batteries à oxyde solide. Compte tenu des coûts initiaux plus élevés, il est très probable que les batteries à l'état solide seront utilisées dans un premier temps dans les secteurs de marché haut de gamme. La réduction des coûts par des effets d'échelle pourrait permettre d'ouvrir cette technologie à d'autres domaines d'utilisation, comme les camions et le stockage stationnaire à long terme ou l'aviation de passagers après 2035.

Pour l'instant, la part de marché future prévue reste modeste

En ce qui concerne l'évolution attendue du marché, la production de batteries à l'état solide, qui est actuellement inférieure à 2 GWh à l'échelle mondiale et qui repose sur des SSB en polymère, devrait augmenter considérablement entre 2025 et 2030 - lorsque les batteries à l'état solide à base d'oxyde et d'électrolyte sulfuré arriveront sur le marché. La capacité de production est estimée entre 15 et 55 GWh en 2030 et entre 40 et 120 GWh en 2035, soit environ un à deux pour cent du marché des LIB qui aura émergé d'ici là. Cela signifie que les technologies à électrolyte liquide sont appelées à dominer le marché dans un avenir prévisible.

Outre l'évaluation des domaines d'utilisation et de l'évolution du marché, la feuille de route indique également les obstacles que les batteries à électrolyte solide devront surmonter à l'avenir pour pénétrer le marché. Le Dr Thomas Schmaltz, qui a coordonné les travaux de recherche sur la feuille de route au Fraunhofer ISI, identifie trois défis majeurs :

"Premièrement, il n'est pas encore possible de prévoir quel concept de batterie solide offrira finalement les meilleures performances, ce qui signifie que les différentes approches devront être développées en parallèle, ce qui nécessitera à son tour des investissements plus importants. Deuxièmement, les batteries à l'état solide seront en concurrence constante avec les batteries lithium-ion à électrolyte liquide et devront fournir des améliorations de performance significatives en raison de leur coût initial plus élevé, ce qui suggère que les premières utilisations seront plus susceptibles d'être dans le secteur haut de gamme. Troisièmement, il est nécessaire de disposer d'un financement privé et public important qui aille au-delà du simple financement de la recherche afin de combler l'écart entre les acteurs européens et les acteurs asiatiques et américains en matière de dépôt de brevets, de développement de produits, de technologies de production, de production pilote et d'activités de démarrage et industrielles - si cette démarche est couronnée de succès, l'Europe pourra jouer un rôle de premier plan dans le développement des technologies de batteries à l'état solide à l'avenir."

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI)

Recommander les actualités PDF / Imprimer article

Partager

Plus sur Fraunhofer-Gesellschaft