Les batteries à état solide sont à trois ans — et ce depuis une décennie

Les bases physiques fondamentales de la batterie à l’état solide sont solides. Remplacer l’électrolyte liquide d’une cellule lithium-ion classique par un matériau solide élimine le principal mode de défaillance à l’origine des incendies (l’électrolyte liquide est inflammable), permet d’utiliser des anodes en lithium métallique (qui stockent environ dix fois plus de lithium par unité de volume que le graphite) et peut potentiellement supporter davantage de cycles de charge. Le plafond théorique de densité énergétique pour une cellule à l’état solide avec une anode en lithium métallique se situe autour de 500 Wh/kg — soit environ le double des meilleures cellules des véhicules électriques actuels. Le problème est de réduire l’écart entre le plafond théorique et un produit industrialisable.

Ce qui a réellement bloqué la technologie

Le principal défi de fabrication réside dans l’interface entre l’électrolyte solide et les électrodes. Dans une cellule à électrolyte liquide, l’électrolyte remplit uniformément les vides microscopiques entre les particules d’électrode. Un électrolyte solide ne peut pas faire cela sans une pression énorme (pour forcer le contact physique) ou un dépôt de couches minces extrêmement fines à grande échelle (ce qui est lent et coûteux). Pendant la charge, le lithium métallique se dépose de manière inégale sur l’anode, créant des structures appelées dendrites qui traversent l’électrolyte solide et finissent par court-circuiter la cellule.

L’approche de QuantumScape utilise un séparateur céramique mince sans aucun matériau d’anode lors de l’assemblage initial — l’anode en lithium métallique se forme in situ lors de la première charge. Cela élimine le problème d’initiation des dendrites à la surface de l’anode et permet d’obtenir une cellule très fine. L’entreprise a démontré des cellules qui survivent à plus de 1 000 cycles avec une capacité de rétention de 80 % à des taux de charge rapide, résultats publiés sous forme d’article évalué par des pairs dans Nature Energy en 2022. L’obstacle a été la mise à l’échelle de ce procédé : la ligne pré-pilote QS-0 de QuantumScape produit des cellules échantillons depuis fin 2023 pour des essais de qualification automobile avec le groupe Volkswagen, son principal investisseur. La qualification complète pour la production est attendue en 2025, la fabrication à grand volume nécessitant une installation distincte et un calendrier propre.