L'engouement et des espoirs suscités par les piles à électrolyte solide

L'engouement et des espoirs suscités par les piles à électrolyte solide
La croissance rapide du marché des véhicules électriques a stimulé le développement, la fabrication et la vente de batteries, notamment les batteries lithium-ion, qui dominent l'industrie des batteries depuis une décennie. Cependant, en raison de la limitation des performances, de la protection de l'environnement et des considérations relatives à la chaîne d'approvisionnement, les technologies de stockage d'énergie de nouvelle génération font l'objet d'une recherche et d'un développement constants. Parmi toutes les options, les discussions populaires sur les batteries à l'état solide ont suscité des efforts tant dans le monde universitaire que dans l'industrie. Les batteries solides ont attiré l'attention des instituts de recherche, des fournisseurs de matériaux, des vendeurs de batteries, des fournisseurs de composants, des équipementiers automobiles, des capitaux à risque et des investisseurs. Le nombre d'acteurs travaillant sur les batteries à l'état solide dans le monde est également en augmentation.
 
Principaux acteurs mondiaux dans le domaine des piles à l'état solide. Source : IDTechEx - "Solid-State and Polymer Batteries 2023-2033 : Technology, Forecasts, Players"
 
Que peuvent apporter les piles à semi-conducteurs dans la réalité ?
 
Les batteries à l'état solide sont considérées comme le "Saint Graal" car elles sont censées présenter de nombreux avantages. Ces avantages comprennent une meilleure sécurité, une densité d'énergie plus élevée, une durée de vie plus longue, une plus grande durabilité, une plage de températures de fonctionnement plus large, un empilement rapproché, une conception simplifiée de la batterie, une flexibilité possible des caractéristiques mécaniques, et bien plus encore.
 
Propositions de valeur des piles à l'état solide. Source : IDTechEx - "Solid-State and Polymer Batteries 2023-2033 : Technology, Forecasts, Players"
 
Par exemple, les batteries à l'état solide remplacent les électrolytes liquides organiques par des équivalents à l'état solide, ce qui permet d'obtenir des batteries plus sûres et plus durables. En outre, l'électrolyte solide peut être compatible avec des matériaux de cathode à haute tension et une anode en lithium métallique à haute capacité. Il est possible de pousser la densité énergétique au-delà de 1 000 Wh/L.
 
Cependant, la plupart des électrolytes solides ont une densité plus élevée que le séparateur en polyoléfine, notamment l'électrolyte solide inorganique. Et ils sont généralement plus épais que les séparateurs utilisés dans les batteries lithium-ion classiques. Si les électrodes restent les mêmes (anode en graphite et cathode en oxyde métallique stratifié), la plupart des batteries à l'état solide présentent une densité énergétique gravimétrique inférieure à celle des batteries lithium-ion.
 
En outre, de nombreuses personnes ont mentionné que le système de gestion thermique peut être supprimé pour les batteries à semi-conducteurs car elles sont sûres. Néanmoins, ce n'est pas vrai. Les batteries à l'état solide peuvent avoir une zone de fonctionnement sûre différente de celle des batteries lithium-ion. Les systèmes de gestion thermique et de nombreuses autres protections sont toujours nécessaires.
 
Une autre voix s'élève pour dire que les piles à semi-conducteurs n'auront aucune chance car leurs propositions de valeur sont irréalistes ou trop difficiles à réaliser.
 
Les opinions optimistes et pessimistes indiquent un manque de compréhension des batteries à l'état solide. L'industrie des batteries solides étant encore immature, les propositions de valeur, la conception des cellules, les performances, les exigences de la chaîne d'approvisionnement, les méthodes de fabrication et les niveaux de préparation diffèrent selon la technologie dont il est question. Mais de manière générale, une meilleure sécurité, une densité d'énergie potentiellement plus élevée et des conceptions de systèmes simplifiées restent les principaux moteurs des batteries à l'état solide.
 
Trois grands systèmes de matériaux
 
Dans le régime des batteries à l'état solide, il existe différentes approches technologiques. Les systèmes d'oxyde, de sulfure et de polymère sont devenus les options les plus populaires dans le développement de la prochaine génération, avec d'autres variations dans chaque catégorie. En général, les électrolytes sulfurés présentent les avantages suivants : conductivité ionique élevée, voire meilleure que celle de l'électrolyte liquide, faible température de traitement, large fenêtre de stabilité électrochimique, etc. De nombreuses caractéristiques les rendent attrayants et beaucoup les considèrent comme l'option ultime. Cependant, la difficulté de fabrication et le sous-produit toxique qu'est le sulfure d'hydrogène généré dans le processus rendent leur commercialisation relativement lente. Les systèmes polymères sont faciles à fabriquer, la plupart sont compatibles avec les installations de fabrication existantes, et certains sont déjà commercialisés. En revanche, la température de fonctionnement relativement élevée, le faible potentiel anti-oxyde et la moins bonne stabilité sont autant de défis à relever. Les systèmes d'oxyde sont plus stables que le lithium métal, avec de bonnes stabilités électrochimique et thermique. Cependant, la résistance d'interface plus élevée et les processus de fabrication plus coûteux et à plus faible rendement montrent quelques difficultés en général.
 
Comparaison des batteries à l'état solide. Source : IDTechEx - "Solid-State and Polymer Batteries 2023-2033 : Technology, Forecasts, Players"
 
Il y en a d'autres que nous devons mieux comprendre
 
Aucune technologie n'est parfaite, et la complication des détails techniques, des conditions d'essai et des données sélectionnées pour être publiées peut semer la confusion dans l'esprit du public quant aux avantages et aux inconvénients de chaque technologie. Par conséquent, ce rapport vise à offrir une explication et une analyse détaillées d'un point de vue technique, avec nos propres opinions. Les attentes et les espoirs suscités par les piles à l'état solide sont également évalués. Bien que certains avantages ne puissent pas être fournis par les batteries à l'état solide actuelles, par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles, une meilleure sécurité, une augmentation potentielle de la densité énergétique et une simplification de la conception au niveau du système sont toujours les principaux moteurs des batteries à l'état solide.
 
IDTechEx suit le développement des batteries à l'état solide depuis 2014, et avec nos années d'expérience, nous avons observé la transition progressive des efforts dans cette industrie. Par exemple, les premiers efforts étaient principalement axés sur l'électrolyte à l'état solide et la démonstration de cellules demi/pleines. Avec une amélioration ultérieure, davantage de choses sont envisagées pour la commercialisation. La validation des échantillons, la conception des systèmes, l'établissement de la chaîne d'approvisionnement et l'optimisation de la fabrication deviennent de plus en plus importants.
 
Couverture du rapport
 
Le rapport d'IDTechEx, "Batteries à semi-conducteurs et à polymère 2023-2033 : technologie, prévisions, acteurs", couvre l'industrie des électrolytes solides en donnant une prévision sur dix ans jusqu'en 2033 en termes de capacité de production et de taille de marché. Un accent particulier est mis sur les différentes technologies et les performances des batteries.
 
En outre, le rapport couvre les défis de fabrication liés aux électrolytes solides et la manière dont les grandes entreprises tentent de faire face à ces limitations, ainsi que les progrès de la recherche et les activités des acteurs importants.
 
Les piles solides soulèvent de nombreuses questions, qu'il s'agisse de l'analyse comparative des technologies, de l'estimation et de la prévision du marché, du suivi et de l'évaluation de l'activité des acteurs ou de l'établissement et de la sécurité de la chaîne d'approvisionnement. Il est important de comprendre à la fois la science et les affaires qui se cachent derrière pour prendre les bonnes décisions stratégiques. Le dernier rapport d'IDTechEx, "Batteries à semi-conducteurs et à polymère 2023-2033 : technologie, prévisions, acteurs", répond aux principales questions et examine les défis et les opportunités des batteries à l'état solide.