Les batteries à semi-conducteurs se rapprochent de la réalité pour les futurs véhicules électriques

L'alternative la plus solide aux batteries lithium-ion largement utilisées, avec les avantages d'une sécurité améliorée, d'une densité énergétique plus élevée, d'une durée de vie plus longue et d'une charge plus rapide, est presque là.

Cette alternative prometteuse est Batteries à semi-conducteurs (SSB), qui remplacent les électrolytes liquides par des électrolytes solides, éliminant ainsi le risque d'incendie et permettant des conceptions plus compactes, ainsi que prenant en charge davantage de cycles de charge avant dégradation. 

Une étude¹ Des chercheurs de l'Université de Californie ont étudié cette technologie et ont constaté qu'elle était capable de transformer non seulement les voitures électriques, mais également l'électronique grand public et le stockage d'énergie. La clé de tout cela est la chimie et l’ingénierie.

« En retirant le liquide et en utilisant des matériaux solides stables à la place, nous pouvons injecter en toute sécurité plus d'électricité dans la batterie à la fois, sans risque de surchauffe ou d'incendie. »

– Auteur principal Cengiz Ozkan, professeur de génie mécanique à l'UCR

Contrairement au liquide des batteries lithium-ion traditionnelles, qui se dégradent avec le temps, présentent un risque d'incendie et limitent la vitesse de charge, le matériau solide utilisé dans les batteries à semi-conducteurs offre un environnement plus stable et plus sûr, permettant une charge plus efficace avec moins de problèmes de sécurité.

Grâce à leurs qualités supérieures par rapport aux batteries lithium-ion actuelles, les SSB ont gagné beaucoup de terrain auprès des entreprises, mais jusqu'à présent, la technologie reste au stade de développement. Mais pas pour longtemps maintenant.

Validation en conditions réelles : batteries à semi-conducteurs dans les véhicules électriques (démo QS/VW)

Cette semaine, le développeur de batteries à semi-conducteurs QuantumScape (QS -4.04%), en collaboration avec son partenaire commercial PowerCo, a réalisé une démonstration en direct de ses batteries lithium-métal à semi-conducteurs à haute densité énergétique alimentant un véhicule.

PowerCo est la branche batteries du groupe Volkswagen, l'un des principaux constructeurs automobiles mondiaux et le plus grand constructeur européen. VW possède des marques comme Audi, Bentley, CUPRA, Ducati, Lamborghini, Porsche, SEAT et Škoda. L'entreprise produit également des véhicules utilitaires légers et des véhicules utilitaires lourds comme MAN et Scania, tandis que CARIAD est l'unité logicielle et technologique de tous les véhicules du groupe Volkswagen. 

Le groupe VW et PowerCo sont des investisseurs à long terme dans la technologie à semi-conducteurs de QuantumScape et testent leurs cellules prototypes depuis des années.

Pour la première fois, QuantumScape, PowerCo et le groupe Volkswagen ont présenté cette nouvelle technologie à l'IAA Mobility de Munich, l'un des plus grands salons de la mobilité au monde. 

En retirant le drap noir du véhicule, ils ont révélé une moto de course Ducati V21L modifiée et entièrement électrique, qui est entièrement alimenté par des cellules à semi-conducteurs QSE-5.

Les cellules à semi-conducteurs de la moto ont été assemblées grâce à la plateforme de fabrication exclusive de QuantumScape (procédé de production Cobra), qui permet un traitement thermique plus rapide, nécessite moins d'espace au sol et élimine certaines étapes de fabrication. Le système de batterie, unique en son genre, est conçu par les spécialistes d'Audi, spécifiquement pour les cellules QS SSB.

Cette démonstration marque une grande réussite non seulement pour les entreprises impliquées mais aussi pour le secteur des véhicules électriques (VE), car c'était la première fois que les cellules sans anode de QuantumScape passaient de l'usine de fabrication à un véritable véhicule pour que le monde entier puisse les voir.

« Aujourd’hui, nous avons franchi le seuil de la possibilité à la réalité. »

– PDG et président de QuantumScape, Dr Siva Sivaram

Le partenariat de l'entreprise avec PowerCo, a-t-il noté, permet à QuantumScape de faire évoluer sa technologie transformatrice vers une production en gigawattheures (GWh), et ensemble, ils « contribueront à inaugurer une nouvelle ère de transport électrifié ».

Selon le annonce officielle, la première démonstration en direct au monde de batteries lithium-métal à semi-conducteurs QS alimentant un véhicule électrique représente une avancée significative dans la technologie des batteries et un grand pas vers la commercialisation des véhicules électriques à semi-conducteurs.

Avec cette technologie, l'objectif est de contribuer à faire avancer la révolution des véhicules électriques, qui, selon Frank Blome, PDG de PowerCo, « est la plus grande transformation que l'industrie automobile ait jamais connue ». 

Les SSB redéfiniront ce qui est possible pour les véhicules haut de gamme et hautes performances, la démonstration n'étant qu'un début, a-t-il ajouté.

Feuille de route de QuantumScape, du prototype à la production

Alors que les batteries lithium-ion traditionnelles atteignent les limites de leur densité énergétique et de leur sécurité possibles, à mesure que l'électronique portable, les véhicules électriques et les réseaux d'énergie renouvelable deviennent plus répandus et exigeants, QuantumScape s'est tourné vers les batteries à semi-conducteurs pour offrir une plus grande densité énergétique, une charge plus rapide et une sécurité renforcée. soutenir la transition vers un avenir à faibles émissions de carbone.

Elle est actuellement en tête de la course mondiale au développement de batteries à semi-conducteurs et est prête à introduire ses cellules à semi-conducteurs complètes sur le marché des véhicules électriques à grande échelle dans un avenir proche.

La récente démonstration de sa technologie au monde entier a fait bondir le cours de l'action de cette entreprise à la capitalisation boursière de 5 milliards de dollars. Au moment de la rédaction de cet article, QS s'échange à 8.85 $, en hausse de 70.52 % depuis le début de l'année, bien qu'elle soit encore loin de son record historique (ATH) de 132.73 $ atteint fin 2020. 

QuantumScape a un BPA (TTM) de -0.91 et un P/E (TTM) de -9.76.

En ce qui concerne les perspectives financières, la société a fait état de dépenses d'investissement de 8.3 millions de dollars au deuxième trimestre 2. Ces dépenses ont principalement servi à financer les achats d'installations et d'équipements, alors que QuantumScape se préparait à une production d'échantillons QSE-2025 B5 à plus grand volume au cours de cette période.

Ses dépenses d'exploitation GAAP s'élevaient à 123.6 millions de dollars, sa perte nette GAAP à 114.7 millions de dollars et sa perte d'EBITDA ajusté à 63 millions de dollars.

La société a terminé le trimestre avec 797.5 millions de dollars de liquidités et a prolongé ses prévisions de trésorerie jusqu'en 2029.

QuantumScape actually prévoit d'expédier bientôt ses échantillons de cellules pour des tests, avec une production commerciale attendu pour commencer in les deux prochaines années, cela dépend de mise à l'échelle de la fabrication et approbations réglementaires.

La cellule d'échantillon B appelée QSE-5 est le premier produit commercial prévu de QuantumScape, qui est conçu pour répondre aux besoins du secteur des véhicules électriques en matière de batteries qui doivent exceller dans cinq indicateurs de performance cruciaux : rentabilité, densité énergétique, vitesse de charge, sécurité et durée de vie.

L'innovation réside dans la conception de la cellule sans anode, qui simplifie la fabrication et réduit les coûts de matériaux tout en offrant une densité énergétique élevée. Associée à des séparateurs avancés, cette conception confère à QuantumScape des avantages en termes de sécurité et d'efficacité. 

Le séparateur organique a été remplacé par un séparateur solide ininflammable et incombustible, offrant une sécurité accrue. Parallèlement, l'élimination du matériau hôte de l'anode en graphite/silicium augmente les densités énergétiques volumétriques et gravimétriques.

QuantumScape affirme que sa technologie QS a un 844 Wh / L densité énergétique et 10C décharge continue. De plus, la batterie à semi-conducteurs au lithium-métal prend un peu plus de 12 minutes (12.2 min) pour se charger de 10 à 80 %.

Si la technologie est déployée avec succès, elle pourrait devenir une norme pour les véhicules électriques de nouvelle génération ainsi que pour d’autres solutions de stockage d’énergie. La première mondiale de la technologie ce mois-ci marque un big étape importante vers cet objectif, qui vient après une série de réalisations.

Mise à l'échelle de QSE-5 : des lignes pilotes à la production de GWh

Afin d'intégrer le QSE-5 aux véhicules électriques réels au plus vite, QuantumScape et PowerCo collaborent depuis trois ans. Ce partenariat allie le talent de QuantumScape à l'expertise industrielle de PowerCo.

Il y a quelques mois à peine, les deux entreprises ont élargi leur partenariat stratégique pour accélérer le développement de la batterie QSE-5, actuellement fabriquée sur la ligne pilote de QuantumScape à San Jose, marquant une étape majeure dans l'industrialisation de la technologie SSB.

Ce était le résultat d'un accord conclu entre les deux parties l'année dernière, en vertu duquel QuantumScape accordait à PowerCo une licence non exclusive pour produire en masse la technologie à l'état solide. 

Il permet à PowerCo de produire jusqu'à 5 GWh de cellules à base de QSE-5 par an en plus des 40 GWh précédemment convenus, avec la possibilité d'étendre jusqu'à 80 GWh, y compris pour les clients extérieurs au groupe VW. La capacité accrue est apparemment de quoi équiper environ un million de véhicules électriques par an avec la technologie à semi-conducteurs. L'accord lui donne également le droit d'octroyer des licences sur certaines futures technologies QS.

En conséquence, PowerCo contribuera à hauteur de 131 millions de dollars supplémentaires au cours des deux prochaines années en échange de la priorité accordée par QuantumScape aux cellules QSE-5. Le capital aidera QS en mise à l'échelle sa fabrication et Rendre le livraisons de prototypes de cellules à plus grand volume à l'entreprise de batteries.

QS a mis ses cellules à semi-conducteurs 24 couches à la disposition du groupe Volkswagen pour des tests dès décembre 2022. L'année suivante, le groupe a annoncé avoir dépassé ses objectifs de performance lors des tests. Début XNUMX, PowerCo a également réalisé ses propres tests d'endurance sur les cellules QS et a rapporté des « résultats très encourageants ».

La branche batteries du groupe Volkswagen a confirmé que les cellules de batterie à semi-conducteurs de QS ont atteint plus de 1,000 95 cycles de charge avec une rétention de capacité de plus de XNUMX %. 

Les tests ont été menées Dans les laboratoires de batteries de PowerCo à Salzgitter, en Allemagne. Les tests ont montré qu'une voiture électrique avec une autonomie WLTP de 500 à 600 km (311 à 373 miles) équipée de cellules QS peut parcourir environ 500,000 310,000 kilomètres (plus de XNUMX XNUMX miles) sans perte d'autonomie.

Avec ces résultats impressionnants, Volkswagen vise à devenir « un moteur technologique mondial dans l'industrie automobile », mais il reste encore un long chemin à parcourir avant de pouvoir commercialiser une solution commercialisable.

Cela pourrait prendre le reste de la décennie malgré les résultats prometteurs de ces dernières années. C'est parce que la première moto électrique présentée à l'IAA Mobility a été largement modifiée avec le système de batterie conçu spécifiquement pour répondre aux besoins des batteries à semi-conducteurs, permettant à la Ducati de être équipé avec jusqu'à 980 cellules QSE-5.

Néanmoins, Volkswagen est déterminé à mener à bien ce projet et franchira « la prochaine étape vers la production en série », a déclaré Thomas Schmall, membre du directoire du groupe en charge de la technologie. Le concept de cellule unifiée de Volkswagen étant déjà adapté aux cellules QS, l'accent sera désormais mis sur le perfectionnement et la mise à l'échelle des processus de fabrication.

Schmall a noté qu'avec leur nouvelle cellule unifiée interne, ils « ont créé la combinaison parfaite » car elle est « prête pour l'état solide » et permet un transfert de technologie rapide vers les véhicules de l'entreprise, dès que la batterie à l'état solide est prête.

Prêt à faire ses débuts dans les prochaines petites voitures électriques de VW, Cupra et Skoda, la cellule unifiée a une densité énergétique d'environ 660 Wh/l et une conception entièrement nouvelle où les cellules sont installées directement dans le pack.

Lors de l'événement, Volkswagen a déclaré que la cellule unifiée être utilisés Dans jusqu'à 80 % de ses futurs véhicules électriques. Si le type de cellule restera le même, sa composition chimique pourra varier, permettant ainsi d'intégrer différentes chimies, allant des LFP et sodium-ion aux NMC et aux semi-conducteurs. 

PowerCo et QuantumScape travaillent actuellement à l'intégration de la technologie à semi-conducteurs dans la cellule unitaire et, par conséquent, dans la voiture. Parallèlement, une moto prête pour la course sera développée pour les tests sur piste. 

La course mondiale vers les percées en matière de SSB

Volkswagen progresse clairement dans le domaine des batteries à semi-conducteurs, mais elle n'est pas la seule à s'engager dans cette voie. Cette semaine, Mercedes-Benz a également annoncé ses propres enregistrements.

Une Mercedes EQS « légèrement modifiée » équipée d'une batterie à semi-conducteurs a parcouru 1,205 748.7 km (137 miles) avec une seule charge. Après avoir voyagé de Stuttgart (Allemagne) à Malmö (Suède), il lui restait encore 85.12 km (XNUMX miles) d'autonomie. 

Ce nouveau record a battu de trois kilomètres le précédent établi par le Vision EQXX. Ces essais sur route s'inscrivent dans le cadre du programme complet de validation de la technologie des batteries à semi-conducteurs en conditions réelles sur la voie publique.

La batterie à semi-conducteurs révolutionne véritablement la mobilité électrique. Le succès de l'EQS sur de longues distances démontre que cette technologie est performante non seulement en laboratoire, mais aussi sur la route. Notre objectif est de produire en série des innovations comme celle-ci d'ici la fin de la décennie et d'offrir à nos clients un niveau d'autonomie et de confort inédit.

– Markus Schäfer, membre du directoire de Mercedes-Benz Group AG, directeur de la technologie, du développement et des achats

Pour sa batterie, Factorial Energy a fourni à l'entreprise des cellules lithium-métal qui sont basés sur la technologie du système électrolytique factoriel.
Glissez pour faire défiler →

L'espace Copropriété Porsche La société croate Rimac est une autre un à présenter que les SSB peuvent augmenter la puissance, faire tomber poids, et résoudre les problèmes d’autonomie auxquels sont confrontées les batteries actuelles. La nouvelle batterie est développé en collaboration avec Mitsubishi Chemical Group et ProLogium.

Présenté au salon IAA Mobility 2025 de Munich, Rimac affirme que son SSB à cellule de poche a une densité de puissance de 1,000 847 watts par livre, pèse 95 livres et conserve plus de 20 % de son énergie à -7 degrés Celsius (-XNUMX F).

Parmi les autres personnes qui travaillent à l’avancement de la technologie, on trouve Toyota (TM -0.85%), qui a révélé pour la première fois le premier prototype de véhicule électrique au monde fonctionnant au SSB en 2020, pour ensuite annoncer quelques années plus tard qu'un véhicule hybride Toyota est plus susceptible d'obtenir un SSB qu'un véhicule électrique.

La marque automobile la plus vendue au monde prévoit en fait de commencer la production en série de sa première batterie à semi-conducteurs d'ici 2027-2028. prétentions que sa batterie à semi-conducteurs offrira une augmentation de 20 % de l'autonomie de croisière et pourrait se charger de 10 à 80 % en moins de 10 minutes.

Ensuite, il y a Honda (HMC -0.21%), dont la ligne pilote de production de batteries à semi-conducteurs est déjà opérationnelle. Située à Sakura, au Japon, le constructeur automobile a investi environ 43 milliards de yens, soit environ 290 millions de dollars, dans cette usine pour soutenir le développement de batteries pour véhicules électriques de nouvelle génération. 

Ses cellules à semi-conducteurs, selon Honda, pourraient l'éventualité être 25 % moins cher, 35 % plus léger et 50 % plus petit que les batteries lithium-ion actuelles. Le constructeur automobile japonais vise à lancer la production de masse des batteries entièrement solides (ASSB) au cours de la seconde moitié de cette décennie.

Le 46.8 $ bln cap de marché Ford (F + 1.67%) est encore un autre constructeur automobile qui est développe activement des batteries à l'état solide. Pour ses efforts SSB, Ford s'est associé à la startup Solid Power.

L'entreprise a investi pour la première fois dans Solid Power en 2019 avant de faire un investissement supplémentaire en actions en 2021 pour vous aider accélérer le développement de la technologie. Lors de ce tour d'investissement, le groupe BMW a également participé et est devenu actionnaire à parts égales avec Ford.

« Les batteries à l'état solide sont très prometteuses », avait alors noté le constructeur automobile, ajoutant : « Elles peuvent également être fabriquées sur les lignes de production de batteries lithium-ion actuelles, ce qui permet à Ford de réutiliser environ 70 % de son investissement en capital dans les lignes de fabrication de batteries lithium-ion. »

SK On, partenaire de Ford EV, mène également des recherches sur cette technologie avec plusieurs universités et institutions coréennes. Il développe deux types d'ASSB, l'un à base de composite polymère-oxyde, l'autre à base de sulfure. Leurs prototypes commerciaux ne sont pas attendus avant 2027 et 2029 respectivement.

La société technologique chinoise Huawei a quant à elle annoncé une avancée majeure, qui est basé sur une batterie SSB au sulfure dopé à l'azote. Elle peut atteindre des densités énergétiques comprises entre 400 et 500 Wh/kg, soit deux à trois fois supérieures à celles des batteries lithium-ion conventionnelles pour véhicules électriques.

La batterie solide pour véhicule électrique de Huawei promet une autonomie allant jusqu'à 3,000 1864 kilomètres (XNUMX XNUMX miles) avec une seule charge. De plus, elle a la capacité de être complètement rechargé dans les cinq minutes.

Réflexions finales

Les batteries à semi-conducteurs (SSB) promettent de révolutionner l'alimentation des véhicules électriques (VE), de l'électronique grand public et des systèmes d'énergie renouvelable. Grâce à leur densité énergétique plus élevée, leurs vitesses de charge plus rapides, leur sécurité accrue et leur durée de vie prolongée, elles constituent un successeur idéal à la technologie lithium-ion. 

Mais malgré les milliards de dollars d'investissements des géants de l'industrie, d'importants obstacles subsistent. De la réduction des coûts à l'augmentation de la production en passant par la garantie d'une fiabilité à long terme sur la route, les défis persistent. C'est pourquoi les cellules à semi-conducteurs sont encore largement en phase de développement, nécessitant des tests et une validation approfondis avant leur mise sur le marché. être déployé dans le monde réel à grande échelle.

Les dernières avancées, cependant, offrent un tableau prometteur. Les démonstrations en direct de QuantumScape, les tests d'endurance de PowerCo et les records de distance de Mercedes-Benz indiquent que le secteur se rapproche enfin de la résolution de ces obstacles.

Ainsi, à mesure que les partenariats se développent, que les lignes de production pilotes s’étendent et que des conceptions innovantes continuent d’émerger, les batteries à semi-conducteurs semblent prêtes à devenir courantes au cours de cette décennie, ouvrant une nouvelle ère de mobilité électrique et de solutions énergétiques durables.

Cliquez ici pour obtenir une liste des principales actions de batteries à semi-conducteurs à surveiller.

Références:

1. Shang, R., Nelson, T., Nguyen, TV, Nelson, C., Antony, H., Abaoag, B., Ozkan, M., & Ozkan, CS (2025). Une analyse complète des batteries lithium-ion à semi-conducteurs : caractéristiques de charge rapide et diagnostics in-operando. Journal des sources d'énergie(Version officielle), publiée le 12 juin 2025. Reçue le 26 février 2025 ; révisée le 21 avril 2025 ; acceptée le 9 juin 2025. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.235056