Alors que le pays travaille sans relâche pour effectuer une transition massive des voitures à moteur à combustion traditionnelles vers les véhicules électriques (VE), le développement des batteries devra progresser assez rapidement pour répondre à la demande. Pour l’instant, les États-Unis sont loin derrière les autres pays en matière de développement de batteries.
L’un des problèmes rencontrés par les États-Unis dans le développement de batteries lithium-ion est la difficulté d’obtenir les matières premières nécessaires. Cela sera rendu encore plus difficile par la récente législation américaine qui réduit ou élimine le crédit d’impôt existant de 7 500 $ pour l’achat de véhicules électriques avec des matériaux provenant d’une « entité étrangère d’intérêt », à savoir la Corée du Nord, la Chine, la Russie et l’Iran. De plus, la réduction fiscale de 3 750 $ pour les véhicules électriques comportant au moins 60 % de pièces en Amérique du Nord pourrait ne pas être suffisante pour soutenir l’électrification souhaitée avec une plus grande adoption des véhicules électriques.
Ce problème a un impact bien plus important sur le monde qu’aux États-Unis : une puissance de batterie plus lente signifie moins de batteries dans l’ensemble, ce qui signifie moins de véhicules électriques sur la route, ralentissant ainsi la transition vers les véhicules électriques qui est essentielle pour approfondir considérablement l’aggravation du changement climatique. Il s’agit d’un effet d’entraînement majeur, et tout commence avec les batteries lithium-ion et l’accès aux matériaux nécessaires à leur fabrication.
Si les États-Unis veulent lutter contre le changement climatique, ils devront modifier leur approche en matière de batteries. Le pays doit donner à ses meilleurs scientifiques les moyens d’innover sur la batterie lithium-ion standard actuelle afin de créer quelque chose qui fonctionne encore mieux avec un matériau auquel il a accès en plus grande abondance.
Ce matériau est du silicium
Actuellement, la plupart des batteries lithium-ion contiennent une anode à base de graphite, un matériau qui alimente de manière fiable les véhicules électriques depuis des décennies, mais qui suscite certaines préoccupations majeures des consommateurs et des hésitations pour les clients potentiels envisageant de passer à un véhicule électrique :
- Les batteries actuelles ne peuvent pas voyager très loin avec une seule charge ;
- Le chargement prend un certain temps ;
- Plus de 90 % de l’approvisionnement mondial en graphite provient de Chine (en termes d’exploitation minière, d’extraction et de raffinage), ce qui crée une situation politique faible.
Si les États-Unis envisagent sérieusement d’initier une transition électrique à grande échelle, ils devront répondre aux graves préoccupations de leur public hésitant.
Heureusement, il existe une solution : remplacer le graphite par du silicium.
Ces dernières années, il a été découvert que le silicium est un matériau incroyablement puissant, capable de générer des batteries avec une efficacité bien supérieure à celle de leurs homologues à base de graphite. Le silicium peut inaugurer une nouvelle génération de batteries à haut rendement qui leur permettront d’exploiter tout leur potentiel. Gramme pour gramme, le silicium peut « contenir » jusqu’à 10 fois la quantité de lithium que le graphite. Toutefois, cela ne consiste pas simplement à remplacer un matériau par un autre. L’utilisation du silicium comme anode dans une batterie lithium-ion présente ses défis.
Inconvénients de la solution de silicium et de nanoparticules
Bien que le silicium soit un matériau fantastique pour inaugurer la prochaine génération de batteries de véhicules électriques, il présente un malheureux inconvénient. La plupart des fabricants ne sont capables d’intégrer qu’environ 5 à 10 % de silicium dans leurs anodes, en raison d’une combinaison difficile de pulvérisation de batterie et d’accumulation de sous-produits inutiles.
Lorsqu’une batterie est chargée, elle subit un cycle constant d’expansion et de contraction et, en raison de la nature fragile de la couche d’interphase à électrolyte solide (SEI) de la batterie qui se forme au-dessus de la surface de l’anode, elle se dégrade facilement pendant le processus de charge et reste en place. des sous-produits inutiles suivent. Cette dégradation entraîne une consommation croissante de lithium, raccourcissant ainsi la durée de vie de la batterie.
Les nanoparticules de silicium peuvent être obtenues soit par broyage à boulets de silicium extrait en particules plus petites de formes et de tailles non uniformes, soit par un processus chimique qui crée ou construit le produit anodique souhaité à partir de nanoparticules de silicium d’une forme et d’une conception plus spécifiques, personnalisées. optimisé pour les performances de la batterie. En incorporant la bonne chimie dans ces formes personnalisées, ces anodes peuvent être infusées avec beaucoup plus de silicium. Grâce à des modifications chimiques minutieuses de cette forme de silicium, la quantité ajoutée aux anodes des batteries lithium-ion devrait pouvoir dépasser de loin le seuil de 5 à 10 % qui retenait auparavant les batteries.
Tout cela peut ressembler à des explications techniques et scientifiques pour des problèmes de batterie très spécifiques, mais elles ont un réel potentiel pour influencer l’intérêt des consommateurs pour les véhicules électriques et ainsi soutenir la transition plus large des véhicules électriques.
Les batteries lithium-ion, équipées d’anodes à nanoparticules de silicium, sont capables de répondre à chacune des principales hésitations des consommateurs à l’égard de l’adoption des véhicules électriques. Ils permettent au véhicule de voyager beaucoup plus loin avec une seule charge, permettent des temps de charge de la batterie beaucoup plus rapides et une durée de vie plus longue que la norme actuelle de l’industrie, de sorte que les consommateurs quotidiens ne sont pas aux prises avec des frais coûteux de remplacement de batterie toutes les quelques années.
Un avenir électrique
Une grande partie du monde tente de passer aux véhicules électriques du jour au lendemain, après un siècle de dépendance aux voitures traditionnelles à moteur à combustion. Ce n’est pas une tâche facile; Les consommateurs ne sont généralement pas pressés d’adopter un produit entièrement nouveau après avoir dépendu d’un autre toute leur vie.
Si les États-Unis veulent vraiment que cette transition se réalise rapidement, ils doivent réfléchir à la manière dont ils peuvent le plus efficacement convaincre les consommateurs qui hésitent à adopter un produit inconnu. Heureusement, les anodes de batterie à base de silicium sont capables d’atténuer bon nombre des préoccupations les plus pressantes des consommateurs en matière de performances des véhicules électriques. Il est temps pour la nation de se rallier au matériel qui nous mènera vers l’avenir des batteries pour véhicules électriques.
Michelle Tokarz est vice-présidente des partenariats et de l’innovation du groupe Coretec.
