Au cœur de la révolution des véhicules électriques, la batterie se présente comme la pierre angulaire de cette transformation écologique. Historiquement, l'avènement de la batterie remonte au 19ᵉ siècle, mais c'est au cours des dernières décennies que nous avons assisté à une évolution fulgurante, propulsée par l'urgence climatique et la quête d'une mobilité durable.
Dans ce contexte, les batteries de véhicules électriques ne sont pas seulement des réservoirs d'énergie ; elles incarnent l'espoir d'un avenir moins polluant et plus respectueux de notre environnement.
Aujourd'hui, plusieurs types de batteries ont été développés, chacun avec ses spécificités, ses avantages et ses inconvénients, rendant le choix de la bonne technologie crucial pour les constructeurs et les consommateurs.
Ce guide exhaustif vous invite à plonger dans le monde des batteries de véhicules électriques, en détaillant les types et caractéristiques des technologies actuellement disponibles sur le marché européen.
Batteries Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA) et Nickel-Manganèse-Cobalt (NMC)
Les batteries Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA) et Nickel-Manganèse-Cobalt (NMC) figurent parmi les choix prédominants pour les véhicules électriques de haute performance tels que les Tesla Model S et Model X (avec des batteries NCA) ou les BMW iX3 et Volvo EX30 (avec des batteries NMC). Connues pour leur densité énergétique élevée, ces batteries facilitent une plus longue autonomie et une charge rapide, des critères essentiels pour les utilisateurs finaux, comme le montre l'étude sur le profil des utilisateurs de VE que nous avons menée l'année dernière. L'augmentation de l'autonomie et le développement d'infrastructures de recharge rapide facilitent les longs trajets en voiture électrique.
Composition et fonctionnement
Les batteries NCA et NMC sont des variantes des batteries lithium-ion. Elles utilisent du cobalt dans leur cathode, un élément clé qui confère à ces batteries une densité énergétique supérieure et une capacité thermique robuste. Le cobalt sert également à stabiliser la structure de la cathode, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie.
Les avantages
- Haute densité énergétique : ces batteries permettent une autonomie plus longue sur une seule charge, un facteur critique pour l'adoption des véhicules électriques.
- Performances élevées : les batteries NCA et NMC offrent des performances remarquables, même à haute température, ce qui les rend idéales pour les véhicules à profil sportif.
Les inconvénients
- Coût : le cobalt est un matériau coûteux et son extraction est souvent entachée de problématiques éthiques, notamment en ce qui concerne le travail des enfants et les conditions de travail dans les mines.
- Impact environnemental : l'extraction du cobalt pose également des défis environnementaux, notamment en termes de pollution et de gestion des déchets.
Batteries Lithium-Fer-Phosphate (LFP)
Les batteries Lithium-Fer-Phosphate (LFP) se distinguent par leur stabilité chimique et leur coût relativement bas. Sans cobalt dans leur composition, elles représentent une alternative plus durable et économique aux batteries NCA et NMC.
Composition et fonctionnement
Les batteries LFP utilisent du phosphate de fer lithium comme cathode. Cette composition chimique confère à la batterie une robustesse thermique et chimique, réduisant ainsi le risque de surchauffe et d'incendie.
Les avantages
- Durabilité : les batteries LFP ont une durée de vie plus longue et ne souffrent pas de l'effet mémoire, ce qui les rend idéales pour des applications nécessitant des cycles de charge fréquents.
- Coût réduit : l'absence de métaux coûteux comme le cobalt et le nickel rend ces batteries moins chères à produire.
- Sécurité : la stabilité chimique des batteries LFP réduit le risque d'incendie et d'explosion.
Les inconvénients
- Densité énergétique inférieure : par rapport aux batteries NCA et NMC, les batteries LFP offrent une densité énergétique moindre, ce qui se traduit par une autonomie réduite.
- Sensibilité au froid : les performances des batteries LFP peuvent être affectées par des températures très basses, limitant leur efficacité dans certaines conditions climatiques.
Batteries Nickel-Métal Hydrure (NiMH)
Les batteries Nickel-Métal Hydrure (NiMH) ont longtemps été une option fiable pour les véhicules électriques et hybrides, offrant un bon équilibre entre coût, performance et respect de l'environnement. Bien que supplantées dans certains domaines par les technologies plus récentes, elles restent pertinentes dans certaines applications.
Composition et fonctionnement
Les batteries NiMH sont composées d'une anode en hydrure métallique et d'une cathode en nickel oxyhydroxide. Elles fonctionnent sur le principe de l'échange d'ions hydrogène entre les électrodes, ce qui permet de stocker et de libérer de l'énergie de manière efficace.
Les avantages
- Impact environnemental : Les batteries NiMH ne contiennent pas de métaux lourds toxiques, ce qui les rend plus respectueuses de l'environnement par rapport à d'autres types de batteries.
- Coût : Bien que pas les moins chères, les batteries NiMH offrent un coût compétitif, notamment en raison de l'abondance des matériaux utilisés.
- Durabilité : Les batteries NiMH sont connues pour leur longue durée de vie et leur capacité à supporter un grand nombre de cycles de charge et de décharge.
Les inconvénients
- Densité énergétique : comparées aux batteries Li-ion, les batteries NiMH ont une densité énergétique inférieure, ce qui peut limiter l'autonomie des véhicules électriques.
- Poids et volume : les batteries NiMH sont généralement plus lourdes et plus volumineuses que les batteries Li-ion, ce qui peut affecter la performance et la conception des véhicules.
Batteries Sodium-Ion, une véritable alternative aux batteries lithium-ion
Les batteries sodium-ion apparaissent comme une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion traditionnelles. Le sodium, abondant et moins cher que le lithium, offre une opportunité de réduire les coûts tout en préservant les performances.
Composition et fonctionnement
Les batteries sodium-ion fonctionnent sur le même principe que les batteries lithium-ion, mais utilisent des ions sodium au lieu des ions lithium. Cette substitution permet de tirer parti de l'abondance et de la disponibilité du sodium, réduisant ainsi les coûts de production.
Les avantages
- Réduction des coûts : le sodium, beaucoup plus abondant que le lithium, rend les batteries sodium-ion moins chères à produire.
- Impact environnemental réduit : l'extraction et le traitement du sodium ont généralement un impact environnemental moindre que ceux du lithium.
- Performances à basse température : les batteries sodium-ion offrent de bonnes performances même dans des conditions de basse température.
Les inconvénients
- Densité énergétique : bien que prometteuses, les batteries sodium-ion ont une densité énergétique inférieure à celle des batteries lithium-ion, ce qui peut affecter l'autonomie des véhicules électriques.
- Développement en cours : comme pour les batteries solides, la technologie des batteries sodium-ion est encore en phase de développement et de maturation. De premiers modèles de VE viennent tout juste de s’équiper de cette technologie.
Batteries solides et semi-solides
Les batteries solides et semi-solides représentent une avancée majeure dans le domaine des batteries pour véhicules électriques. En remplaçant l'électrolyte liquide par un solide, ces batteries promettent une densité énergétique accrue, une sécurité améliorée et une durée de vie prolongée.
Contrairement aux batteries traditionnelles à base de lithium-ion qui utilisent un électrolyte liquide, les batteries solides et semi-solides emploient un matériau solide pour permettre le mouvement des ions. Cette caractéristique élimine les risques de fuite et réduit la probabilité d'incendie, offrant ainsi une solution plus sûre.
Toutefois, cette technologie ne serait déployée qu’à l’horizon de 2030 selon BMW qui travaille sur ces modèles de batterie.
Quand les batteries à semi-conducteurs devraient-elles arriver sur le marché ?
Les batteries à l'état solide devraient être déployées d'ici 2030, selon BMW, qui travaille sur ces modèles de batteries, ou plus tôt, comme ils le suggèrent dans la vidéo ci-dessous ?
Tableau récapitulatif
Pour y voir plus clair, voici un tableau récapitulatif des différents types de batteries pour véhicules électriques, présentant leurs caractéristiques principales :
Image principale de l'article : Groupe motopropulseur et batterie de la Tesla Model S
