Nous révélons ce sur quoi travaillent les fabricants de batteries !

La Pologne est le deuxième plus grand producteur de batteries au monde. Les batteries représentent déjà plus de 2,4 % de notre valeur d’exportation. Ce n’est pas surprenant, car la valeur de production de ce secteur dans notre pays est passée de 1 milliard de PLN en 2017 à plus de 38 milliards de PLN en seulement 6 ans. Cela concerne principalement les batteries pour voitures électriques, mais pour l’instant, elles utilisent les mêmes technologies que les batteries pour scooters et vélos. Par conséquent, dans la pratique, tous les fabricants de batteries sont confrontés aux mêmes défis aujourd’hui.

Augmentation de la densité énergétique des batteries et réduction du poids

La clé du développement de l’industrie des batteries réside dans l’augmentation de la densité énergétique des cellules. Ce paramètre peut être expliqué comme la capacité de stocker de l’énergie par unité de masse. Plus il est élevé, plus une batterie aura de capacité à poids constant. Inversement, les batteries à haute densité énergétique peuvent avoir moins de poids pour la même performance.

La densité énergétique est cruciale pour les voitures électriques car leurs packs de cellules pèsent des centaines de kilogrammes (par exemple, 480 kg dans le cas de la Tesla Model 3) et dans le cas des camions électriques, ils peuvent être si grands qu’ils limitent la charge utile et la tonnage. C’est également un paramètre important dans la construction de vélos et de scooters électriques.

Les batteries pour scooters électriques et vélos peuvent peser jusqu’à 10 kg, ce qui peut représenter jusqu’à 40 % du poids total de ces véhicules. Des batteries plus légères facilitent le transport de petits appareils, y compris les ordinateurs portables.

La densité énergétique des batteries a augmenté depuis le début de leur production. Les premières cellules de lithium-ion / lithium-polymère apparues sur le marché il y a 20 ans avaient une densité énergétique d’environ 120 Wh/kg. Les modèles modernes offrent de 250 à 300 Wh/kg, et les nouvelles batteries du fabricant chinois CATL offrent jusqu’à 540 Wh/kg. On estime que les batteries aluminium-soufre atteindront une densité énergétique pouvant atteindre 1400 Wh/kg. Cependant, cette technologie en est encore à la phase de test.

Extension de la durée de vie des batteries

Étendre la durée de vie des batteries réduira indirectement les coûts de leur élimination, qui sont au moins partiellement inclus dans le prix de la batterie. Par conséquent, plus nous utilisons les cellules longtemps, moins elles seront finalement chères. C’est pourquoi l’extension de la durée de vie des batteries est l’un des défis pour leurs fabricants. Cela dépend de la technologie de production de la batterie et de la méthode d’utilisation de l’utilisateur (en particulier la charge). Bien sûr, les fabricants n’ont pas un contrôle direct sur le dernier groupe de facteurs, ils se concentrent donc sur le premier.

On estime qu’une batterie lithium-ion standard pour scooters électriques ou vélos a une durée de vie de 500 à 1000 cycles de charge. En pratique, cela signifie environ 2 à 3 ans d’utilisation avec une utilisation quotidienne de l’appareil, mais avec le temps, l’efficacité et la capacité des cellules diminuent nettement.

Plus souvent nous voulons utiliser des appareils alimentés par batterie, plus nous attacherons d’importance à la durée de vie de leurs batteries. Les batteries au phosphate de fer et de lithium (LiFePo4) gagnent en popularité à cet égard, car elles ont une durée de vie de 3000 à 5000 cycles. Les plus prometteuses à cet égard restent les batteries au sodium, qui devraient avoir une durée de vie dépassant les 10 000 cycles.

Réduction des coûts de production grâce à l’utilisation de nouvelles technologies

Le prix des batteries affecte également leur attrait et leur compétitivité sur le marché, principalement en raison de la concurrence résultant du coût des matériaux utilisés dans la production. Il est important de noter qu’à partir de 2020, le prix du lithium a augmenté presque de dix fois, atteignant un record de 80 000 dollars par tonne en 2022. Cela affecte à la fois le prix des cellules et l’énergie stockée en elles.

Par exemple, le coût de 1 kWh dans les batteries lithium-ion modernes est d’environ 150 dollars. L’utilisation de technologies modernes peut le réduire à aussi peu que 15 dollars par kWh (par exemple, les batteries lithium-air). La plupart des solutions innovantes actuellement étudiées concernent les applications dans les voitures électriques et les systèmes de stockage d’énergie. Cependant, on peut supposer qu’elles seront adoptées au moins en partie dans les batteries des petits appareils.

Développement de l’infrastructure de recharge et réduction du temps de recharge

Il n’est pas un secret que le développement de l’électromobilité, en particulier en Pologne, est encore freiné par une infrastructure de recharge insuffisante. Il y a encore trop peu de stations de recharge, en particulier près des autoroutes et des centres urbains.

Cependant, cette industrie se développe très rapidement. Selon le rapport “Carte de la Mobilité Électrique”, il y a déjà 2885 stations de recharge en Pologne, et des dizaines d’autres sont ajoutées chaque mois.

Un des nouveaux acteurs est l’entreprise Aster Streams, qui prévoit de construire 1000 stations de recharge en Pologne d’ici la fin de 2026. Nous soutenons leur initiative !

Amélioration de la sécurité des batteries

Il est un fait que le développement des véhicules électriques et d’autres appareils alimentés par batterie a conduit à une augmentation des incidents liés aux batteries. Rien que en 2020, il y a eu plus de 10 000 cas de défaillance de batteries de scooters électriques ayant provoqué des incendies. En avril de cette année-là, un incendie causé par une batterie de vélo électrique endommagée aux États-Unis a coûté la vie à deux enfants. Plus nous utilisons d’appareils alimentés par batterie, plus ces incidents se produiront statistiquement. Par conséquent, un défi important pour l’industrie des batteries est d’accroître la sécurité en réduisant le risque de défaillances des batteries.

Il est évident que les fabricants de batteries ne peuvent pas éliminer les cas de dommages aux cellules causés par les utilisateurs ou leurs erreurs dans le stockage et la charge des batteries. Cependant, ils peuvent adopter des technologies plus sûres que les batteries au lithium-ion, telles que les batteries à état solide qui ne contiennent pas de solvants organiques dans l’électrolyte ou les batteries LFP qui utilisent une chimie stable.

Jusqu’à ce que des solutions innovantes deviennent courantes, des efforts doivent être déployés pour améliorer le contrôle de qualité des batteries modernes afin d’éliminer les composants défectueux ou les erreurs d’assemblage. L’éducation des utilisateurs de tous les véhicules alimentés par batterie concernant leur utilisation, leur stockage et leur charge en toute sécurité est également essentielle.

Nécessité de la recherche continue et du développement dynamique du marché

Dans le contexte des défis abordés, il y en a un autre qui englobe essentiellement tous les autres. Il s’agit de la nécessité de développer continuellement les technologies des batteries en recherchant de nouvelles solutions de conception, mais surtout de nouveaux matériaux innovants.

Cela est évident, par exemple, dans le développement de la technologie au lithium-ion, où l’utilisation de nouveaux matériaux tels que les cathodes au lithium et à l’oxyde de fer a permis une augmentation de 100 % de la densité énergétique par rapport aux premières batteries des années 1990.

Il est tout aussi important de pouvoir éviter l’utilisation de matériaux problématiques tels que le lithium, le cobalt, le cuivre ou le nickel. À cet égard, les batteries au sodium-ion méritent d’être mentionnées, car elles ont le potentiel de révolutionner le marché des véhicules électriques en réduisant les coûts de production grâce à l’utilisation de sodium moins cher et plus largement disponible.

Réglementation des batteries de l’UE et ses conséquences

Le 10 juillet 2023, l’UE a adopté des réglementations sur les batteries et les batteries usagées, immédiatement appelées “Réglementation sur les batteries”.

La Réglementation sur les batteries présente de nombreux défis pour les fabricants de batteries. Il est important de noter que les nouvelles réglementations s’appliquent aux batteries de tous les appareils, pas seulement aux véhicules, mais aussi aux téléphones, aux ordinateurs portables et aux systèmes de stockage d’énergie. De plus, elle introduit une nouvelle catégorie dans la nomenclature : les “batteries LMT”, qui sont des batteries pour les dispositifs de transport léger tels que les scooters électriques, les trottinettes et les vélos.

Parmi les principales exigences de la Réglementation sur les batteries figure la conception des appareils de manière à faciliter le remplacement de la batterie. Cela permettra aux utilisateurs de retirer facilement la batterie, facilitant ainsi le recyclage. De plus, la Réglementation sur les batteries fixe des limites pour la collecte des batteries portables usagées (jusqu’à 45 % en 2023, 63 % en 2027 et 73 % en 2030) et des batteries LMT (jusqu’à 51 % en 2028 et 61 % en 2031).

La Réglementation sur les batteries vise à fournir un meilleur contrôle de l’utilisation des batteries, mais plus important encore, elle vise à augmenter l’échelle du recyclage des batteries et de la récupération des matériaux précieux, dont l’extraction a un impact sur l’environnement naturel.

À long terme, l’industrie des batteries bénéficiera de l’augmentation de l’échelle de collecte des cellules et du recyclage. La difficulté la plus significative semble être l’obligation de faciliter le remplacement de la batterie, car cela pourrait faciliter la concurrence pour attirer certains clients.

Résumé

Il est facile de voir que les défis auxquels sont confrontés les fabricants de batteries aujourd’hui pourraient devenir des facteurs entravant l’expansion des véhicules électriques et la popularité d’autres appareils électriques à l’avenir. Le temps nous dira comment les leaders de l’industrie et les start-ups innovantes aborderont ces problèmes. Cependant, deux choses sont certaines : la valeur du secteur de la production de batteries augmente d’année en année et il n’y a pas de fin en vue à cette tendance.