Les batteries sodium‑ion sont en hausse, mais le lithium‑ion pourrait rester dominant grâce à l’indium

La renaissance du lithium‑ion ?

Une découverte récente de chercheurs de Cornell University pourrait ramener la technologie lithium‑ion dans la course à la batterie parfaite. Ils ont constaté que l’utilisation d’un matériau d’anode à base d’indium permettrait une charge extrêmement rapide des batteries lithium‑ion.

Les batteries lithium‑ion ont, jusqu’à présent, dominé la conception des batteries pour les petits appareils électroniques et les premiers modèles de véhicules électriques. Cependant, certaines limites de la technologie ont poussé l’industrie à chercher des alternatives, notamment les batteries sodium‑ion ou les batteries à état solide. En utilisant l’indium, un problème clé pour l’adoption massive des VE – l’anxiété d’autonomie – serait éliminé. La plupart des utilisateurs de VE craignent de tomber à court de batterie avant d’atteindre une station de recharge. Ainsi, ils recherchent un pack de batterie très puissant, ce qui ajoute du poids et du coût à la voiture.

Un autre problème est le temps nécessaire pour charger la batterie. Cela peut être une préoccupation sérieuse pour les voyages longue distance ou les applications commerciales. Cela réduit également la disponibilité des stations de recharge, chaque « plein réservoir » prenant du temps et rendant le chargeur de VE indisponible.

Ainsi, une technologie de batterie lithium‑ion à charge plus rapide pourrait aider à réduire le coût des VE, atténuer l’anxiété d’autonomie et améliorer les capacités du réseau de recharge.

Batteries à base d’indium à la rescousse ?

La recherche a été menée par l’équipe de Lynden A. Archer à la Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering de Cornell, avec l’auteur principal Shuo Jin, doctorant en génie chimique et biomoléculaire.

Dans leur publication « Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries », ils expliquent leur approche. Ils se sont concentrés sur la cinétique (vitesse) des réactions électrochimiques, plus précisément le « nombre de Damköhler ». En examinant les taux de transport à l’état solide, ils ont constaté que l’indium était un très bon candidat pour les batteries à charge rapide. Actuellement, l’indium est principalement utilisé dans les écrans LCD et d’autres applications de haute technologie comme les photovoltaïques, la cryogénie et les tiges de contrôle des réacteurs nucléaires.

L’indium est un bon métal pour les anodes en raison de sa diffusion rapide et de la lenteur de la cinétique des réactions de surface, ce qui se traduit par une charge rapide de la batterie.

L’indium, une première étape vers des batteries conçues par IA ?

Les anodes en indium pourraient permettre de réduire l’anxiété d’autonomie, ce qui diminuerait à son tour le besoin de packs de batteries très grands et lourds. Cependant, l’indium lui‑même est un métal très lourd et dense.

C’est pourquoi le professeur Archer considère également la découverte de son équipe concernant l’indium comme un point de départ.

“C’est là une opportunité pour la modélisation en chimie computationnelle, peut‑être en utilisant des outils d’IA générative, afin d’apprendre quelles autres chimies de matériaux légers pourraient atteindre les mêmes nombres de Damköhler intrinsèquement bas.

Par exemple, existe‑t‑il des alliages métalliques que nous n’avons jamais étudiés et qui possèdent les caractéristiques souhaitées ?”

Exploiter les avancées de l’IA pour trouver de nouveaux matériaux de batterie est une idée réaliste, comme l’ont démontré les chercheurs du PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). Dans notre article « Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI) », nous avons expliqué comment ils ont utilisé plusieurs IA de chimie prédictive pour examiner 32 millions d’idées en moins de 80 heures, menant à la découverte d’un nouvel électrolyte de batterie.

Il est donc possible que la même technique puisse être utilisée, en se concentrant sur le nombre de Damköhler pour trouver des matériaux aussi performants que l’indium, mais moins lourds.

Stocks du cycle de vie des batteries

1. Arcadium Lithium (Fusion d’Allkem + Livent)

Arcadium est le résultat de la fusion d’égal à égal entre les leaders de l’exploitation du lithium Allkem et Livent, ce qui en fait le 3ᵉ plus grand producteur de lithium au monde. Cette fusion crée une entreprise présente à toutes les étapes de la production et du traitement du lithium.

La production de l’entreprise se situe principalement en Argentine, dans le « triangle du lithium » (Chili, Argentine, Bolivie) sous forme de saumures, avec quelques gisements de lithium à roche dure au Canada et en Australie.

Source: Arcadium

Le lithium est une marchandise qui a récemment souffert de bas prix, alors que les grands constructeurs automobiles comme Ford ou GM ont ralenti leurs plans pour les VE. En même temps, les constructeurs chinois de VE comme BYD sont accusés d’inonder les marchés étrangers de VE à bas coût, ce qui pourrait déclencher une nouvelle vague d’adoption des VE dans les années à venir. Par exemple, le BYD Seagull à 10 000 € qui arrive en Europe cette année.

Ainsi, la faiblesse actuelle des prix du lithium ne sera peut‑être pas permanente.

2. CATL

CATL est le leader mondial de la fabrication de batteries, produisant plus de la moitié du volume mondial de batteries. L’entreprise est présente à chaque étape de la chaîne d’approvisionnement de la fabrication de batteries et est un leader en technologie de batteries.

Cela est vrai pour les batteries lithium‑ion, où l’entreprise est un leader établi de longue date. CATL a également annoncé des progrès impressionnants sur plusieurs autres types de batteries :

• 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.
• 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 milliard 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, dont Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis, etc.

3. BYD

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.

L’entreprise a évolué, depuis ses débuts en tant que fournisseur de batteries 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 s’accompagne également de nouvelles usines, comme en Hongrie. Et avec le lancement de voitures à 10 000‑12 000 $ comme le Seagull, un tout nouveau marché pourrait s’ouvrir aux VE de BYD.

Source: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

Toujours au cœur de son activité, fabricant de batteries, BYD est un concurrent sérieux de CATL sur le marché des batteries LFP, avec une part de marché de 41,1 % en Chine (contre 33,9 % pour CATL).

L’« inondation » de VE bon marché produits par BYD sur les marchés européens et américains sera probablement accueillie par un certain niveau de protectionnisme, 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 à la fois avec l’Occident et la Chine, il est donc peu probable que des barrières protectionnistes trop fortes soient mises en place.