Innovation / Anodes au silicium, le nouvel El Dorado ?

Alors que les prototypes du Mercedes EQG – version électrique du Mercedes Classe G - poursuivent leur développement dans des conditions extrêmes, les batteries du futur tout-terrain de luxe électrique devraient faire appel à une nouvelle technologie capable d’augmenter l’autonomie de plus de 20 %. Ces batteries de nouvelle génération font appel à des anodes en silicium développées par l’entreprise américaine Sila. Mais de quoi parle-t-on ?

Anodes Titan Silicon

Sila est une entreprise située dans la Silicon Valley qui développe et peaufine la technologie des anodes en silicium depuis 2011. Au bout de douze années d’essais de plus de 70.000 variations de la formule d’anode en silicium, Sila a finalisé un nouveau matériau baptisé Titan Silicon. Ce dernier est utilisé pour la fabrication des anodes des batteries utilisées par Mercedes pour son futur EQG.

Pour rappel, dans une batterie, l’anode fait office de réservoir pour les ions de lithium. Sur une batterie lithium-ion « classique » à anode en graphite, l’anode est constituée d’une superposition de feuillets de graphites entre lesquels viennent se loger les ions lorsque la batterie est chargée. Le déchargement de la batterie intervient quand les ions s’écoulent vers la cathode. Jusqu’à présent, c’est cette dernière qui avait fait l’objet des principales évolutions technologiques. Les anodes en graphite sont certes efficaces mais sont également très lourdes et volumineuses. Un « poids mort » très pénalisant qui pourrait être remplacé par l’utilisation de silicium.

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Trouver le bon compromis

Si les anodes en silicium sont si avantageuses en termes de masse et de volume, pourquoi ne les utilise-t-on pas dès lors ? Tout simplement parce que les capsules de silicium ont pour particularité de varier fortement de volume – ce dernier peut tripler - selon qu’elles sont chargées en ions ou non. Si les batteries « haute de gamme » actuelles utilisent déjà jusqu’à 5 % de silicium, l’objectif des différentes sociétés engagées dans le développement d’anodes au silicium est de pouvoir restreindre l’expansion des particules de silicium lorsque la batterie est chargée. Sila a donc créé et mis au point des capsules qui limitent l’augmentation de volume à 6 %. Une valeur comparable aux batteries en graphite. Selon Sila, les batteries équipées d’anodes Titan Silicon conserveraient 80 % de leur capacité initiale après 1100 cycles de charge – soit plus de 300.000 km parcourus – au même titre que leurs homologues au graphite.

“Mercedes is choosing their largest, heaviest product to debut next-generation battery cells.”

We love a challenge.
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— Sila (@SilaNanotech) August 26, 2022

Cercle vertueux

Donc, en proposant une variation de volume et une longévité équivalente aux batteries actuelles pour un coût similaire, les batteries à anodes au silicium présentent donc deux avantages : une plus grande densité énergétique – jusqu’à 800 Wh/l, soit le double d’une lithium-ion au graphite – et une masse sensiblement inférieure. En outre une batterie à anode au silicium permet une recharge plus rapide. Sila estime que l’autonomie serait augmentée de 20 % par rapport à une batterie lithium-ion au graphite « conventionnelle ». La société qui fournira Mercedes pour le tout-terrain électrique EQG prévoit de produire suffisamment de batteries avec la technologie Titan Silicon pour 200.000 véhicules d’ici 2026 et d’atteindre 1 million de voitures par an en 2028.

Pour Gene Berdichevsky, PDG de Sila, les anodes en silicium seront même moins chères à produire que leurs homologues en graphite, à moyen terme. Masse réduite, densité énergétique supérieure, vitesse de recharge augmentée et coût de production revu à la baisse, cela ressemble furieusement à un cercle vertueux doublé d’une perspective encore plus intéressante : contrairement au graphite dont l’extraction et la production presque monopolisées par la Chine, le silicium permettrait de rééquilibrer les débats sur le plan industriel. Mais tout cela reste encore au conditionnel. Rendez-vous dans 3 ans ?

Source : Automotive News Europe