La capacité de la batterie de votre VE a-t-elle diminué ? Blâmez l’hydrogène

Perte d’énergie des batteries

Même après des décennies d’utilisation dans l’électronique – et maintenant dans les véhicules électriques – nous ne comprenons toujours pas pleinement les batteries lithium‑ion. Par exemple, l’un des problèmes est la tendance des batteries à s’auto‑décharger avec le temps. Ce problème s’amplifie avec le temps et constitue une raison majeure pour laquelle les batteries atteignent la fin de leur durée de vie utile après 7 à 10 ans dans la plupart des cas.

L’auto‑décharge est également un problème pour les chimies de batteries qui n’utilisent pas de cobalt, limitant leur adoption même si le cobalt est cher et produit dans des conditions qui violent souvent les droits humains.

Jusqu’à récemment, les scientifiques supposaient que l’auto‑décharge était liée aux ions lithium (voir ci‑dessous pour plus de détails). Mais il semble que cela ne soit pas vrai.

Des chercheurs ont récemment publié leur découverte selon laquelle ce sont les protons (noyaux d’hydrogène) qui sont réellement responsables de l’auto‑décharge. Cela ouvre la voie à de nouvelles conceptions et à des moyens d’atténuer le problème, pouvant améliorer de façon significative les batteries futures.

Ils ont publié leurs résultats dans la prestigieuse revue Science sous le titre « Hydrogénation d’oxyde médiée par solvant dans les cathodes stratifiés ».

Cela a été réalisé grâce à un effort collaboratif massif réunissant des chercheurs de l’Université du Colorado, du DEVCOM Army Research Laboratory, du SLAC National Accelerator Laboratory, du Argonne National Laboratory, du Pacific Northwest National Laboratory, de l’Université de Houston, du National Renewable Energy Laboratory, de l’Oregon State University, de l’Université Stanford, du Lawrence Berkeley National Laboratory et de l’Université nationale de Taïwan.

Le paradigme précédent

Les batteries au lithium fonctionnent en déplaçant les ions lithium du côté de l’anode vers le côté de la cathode à travers un électrolyte. Ce flux crée un courant électrique. Le processus est inversé lors de la charge de la batterie.

Source: ResearchGate

Jusqu’à présent, on supposait que l’auto‑décharge était liée aux ions lithium restant bloqués dans la cathode, ne revenant donc pas à l’anode lors de la charge, ce qui réduisait les ions disponibles pour générer de l’énergie.

Cela a été au cœur de l’amélioration des conceptions lithium‑ion, avec de nombreuses tentatives d’optimiser le flux des ions lithium et de rendre leur retour à l’anode aussi parfait que possible. Il semble toutefois que ce ne soit pas le véritable problème.

L’hydrogène prend la place du lithium

Les chercheurs ont pu analyser en profondeur le matériau des batteries à l’aide d’une puissante machine à rayons X au sein du Argonne National Laboratory du Département de l’énergie des États‑Unis, dans l’Illinois.

Ce faisant, ils ont découvert que les molécules d’hydrogène provenant de l’électrolyte de la batterie pénétraient dans le matériau de la cathode et prenaient la place des ions lithium. Cela entraînait une diminution de l’espace disponible pour les ions lithium, réduisant ainsi la capacité de la batterie.

Cela se produit principalement dans l’oxyde de métal de transition stratifié de la cathode.

De plus, ce processus endommage physiquement la cathode, provoquant des fissures et accélérant la dégradation de la batterie.

Ainsi, les protons d’hydrogène réduisent non seulement la durée de vie de la batterie en diminuant sa capacité, mais aussi en causant des dommages directs que l’on attribuait jusqu’à présent aux ions lithium.

Potentiel direct

Résoudre les limites des VE

Une limitation clé de l’adoption des VE et du passage aux batteries sans cobalt est que les chimies alternatives offrent une autonomie relativement plus faible. Pour certains conducteurs, cela représente une limitation inacceptable comparée aux voitures à carburant.

La crainte que le pack batterie ne dure moins longtemps que le reste du véhicule, entraînant des dépenses imprévisibles supplémentaires, constitue également un obstacle majeur qui empêche de nombreux consommateurs de passer aux VE. Surtout que la plupart des modèles de VE restent encore un peu plus chers à l’achat.

Cette courte durée de vie est également une préoccupation écologique, car elle implique davantage d’extraction de matières premières, une consommation énergétique accrue pour produire les batteries et davantage d’efforts de recyclage.

Améliorer la durée de vie des cathodes

Maintenant que nous savons que c’est l’hydrogène, et non le lithium, qui est responsable de la dégradation des cathodes, nous sommes plus susceptibles de trouver des solutions efficaces. Les chercheurs, par exemple, évoquent l’utilisation d’un revêtement spécial sur la cathode qui pourrait bloquer les molécules d’hydrogène.

Une autre option serait d’utiliser des électrolytes différents qui ne génèrent pas d’hydrogène dès le départ.

Batteries à état solide

Il s’agit également d’une découverte encourageante pour les batteries à état solide. Comme ces conceptions n’utilisent pas d’électrolyte du tout, elles pourraient être totalement immunisées contre les problèmes causés par l’hydrogène généré par l’électrolyte.

En soi, cela pourrait expliquer une partie des performances remarquables des batteries à état solide.

Investir dans les technologies de batteries avancées

Les batteries sont au cœur de la tendance de l’électrification, elle‑même un projet majeur de plusieurs billions de dollars visant à éliminer les combustibles fossiles de nos sources d’énergie. Des batteries plus fiables, moins chères ou plus durables seront au centre de l’effort de « verdissement » de notre système énergétique.

Vous pouvez investir dans des sociétés liées aux batteries via de nombreux courtiers, et vous pouvez trouver ici, sur securities.io, nos recommandations pour les meilleurs courtiers aux États‑Unis, Canada, Australie, Royaume‑Uni, ainsi que de nombreux autres pays.

Si vous n’êtes pas intéressé par la sélection d’entreprises spécifiques de batteries, vous pouvez également vous tourner vers des ETF sur les batteries tels que Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), le Lithium & Battery Tech ETF (LIT) de Global X, ou le WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, qui offriront une exposition plus diversifiée pour profiter de la croissance du secteur des batteries.

Ou vous pouvez consulter notre article sur « Top 10 Battery Stocks To Invest In » et « Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks ».

Entreprises de batteries avancées

1. CATL (300750.SZ)

Nous avons déjà évoqué la position technologique de CATL. L’entreprise est le leader mondial de la fabrication de batteries, produisant plus de la moitié du volume mondial de batteries. Elle intervient à chaque étape de la chaîne d’approvisionnement de la fabrication des batteries et est un leader en technologie de batteries.

Cela est vrai pour les batteries lithium‑ion, où l’entreprise a été un leader établi depuis longtemps. Aujourd’hui, elle semble petite comparée à la dernière annonce.

• Une batterie ultra‑longue durée de 12 000 cycles pour le stockage d’énergie à l’échelle des services publics, avec 18 000 cycles comme objectif à long terme.
• Une batterie LFP (Lithium Fer Phosphate) de 700 km capable de charger 400 km d’autonomie en 10 minutes semble maintenant petite comparée à la dernière annonce.
• Une densité énergétique de 500 Wh/kg, pouvant potentiellement permettre l’électrification des avions de ligne.
• Production de masse de batteries sodium‑ion de 160 Wh/kg, avec un objectif de 200 Wh/kg.

Source: CATL

CATL a également investi 3,25 Mds dans des capacités de recyclage de batteries en Chine. CATL a notamment atteint un taux de récupération remarquable de 99,6 % pour le nickel, le cobalt, le manganèse, et 91 % pour le lithium.

Grâce à son ampleur, son focus et ses réalisations en R&D, CATL est susceptible d’être à l’avant‑garde de l’innovation, de la fabrication et du recyclage des batteries.

Cela en fait un partenaire clé pour les fabricants de VE, y compris Tesla, NIO, Ford, Stellantis, etc., avec Hyundai récemment ajouté au groupe croissant d’alliances stratégiques de CATLs.

De plus, les leçons tirées d’une chimie peuvent être applicables à une autre, nous pourrions donc bientôt voir, par exemple, des batteries sodium‑ion à structure alvéolaire ou à état condensé. Les économies d’échelle liées à la production de la moitié des batteries mondiales sont également susceptibles de s’appliquer à l’ensemble de l’entreprise, quel que soit la technologie spécifique utilisée dans un produit individuel.

2. BYD (BYDDY)

Concurrent de longue date de Tesla sur le marché des VE, BYD est devenu un concurrent sérieux non seulement pour Tesla mais pour pratiquement tous les constructeurs automobiles.

Leur évolution est passée d’un fournisseur de batteries lithium‑ion pour téléphones pour vendre presque autant de VE que Tesla en Chine (le plus grand marché mondial de VE) et être le VE le plus vendu en Thaïlande, Suède, Australie, Nouvelle‑Zélande, Singapour, Israël et Brésil.

BYD représente une grande partie de la raison pour laquelle la Chine est soudainement devenue le plus grand exportateur de voitures au monde en 2023, dépassant le Japon. L’expansion agressive à l’étranger de l’entreprise se traduit également par de nouvelles usines, comme en Hongrie.

Et avec le lancement de voitures à 10 000‑12 000 $, comme le Seagul, utilisant des batteries sodium, un tout nouveau marché pourrait s’ouvrir pour les VE de BYD.

Source: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0

Toujours un fabricant de batteries à la base, BYD est un sérieux concurrent de CATL sur le marché des batteries LFP (lithium fer phosphate), avec une part de marché de 41,1 % en Chine (contre 33,9 % pour CATL).

Le « déluge » de VE bon marché produits par BYD sur les marchés européens et américains sera probablement confronté à un certain niveau de protectionnisme (même au‑delà des tarifs récemment imposés), ce qui pourrait freiner la croissance de BYD.

Mais en même temps, les VE chinois bon marché connaissent déjà un grand succès dans le reste du monde, qui ne possède pas beaucoup d’acteurs nationaux à protéger, y compris l’ensemble de l’Amérique du Sud, la Russie, l’Afrique, le Moyen‑Orient et l’Asie du Sud‑Est.

Cela représente plusieurs milliards de clients potentiels pour BYD, vivant dans des pays désireux de maintenir un équilibre géopolitique et de rester en bons termes tant avec l’Occident qu’avec la Chine, il est donc peu probable que cela crée des barrières protectionnistes trop fortes.

Et même dans l’UE ou aux États‑Unis, BYD pourrait rester compétitif, grâce aux prix bien plus élevés des fabricants locaux de VE comparés aux prix en Chine, ainsi qu’à la localisation de la production hors de Chine pour ces marchés, par exemple en Europe de l’Est, au Mexique ou en Turquie.