La technologie des batteries au soufre pourrait permettre aux voitures électriques d’aller trois fois plus loin d’ici 2024


L’autonomie limitée est l’une des critiques les plus fréquentes des véhicules électriques. Bien qu’une cote de 300 milles soit de plus en plus courante pour les voitures électriques actuelles, certains modèles à combustible fossile peuvent aller deux fois plus loin sur un réservoir. Mais que se passerait-il si votre BEV pouvait parcourir 900 miles avec une seule charge ? La startup allemande de batteries Theion est une technologie prometteuse qui pourrait offrir cette possibilité dès 2024.

La clé de la technologie de Theion est le soufre, et en fait le nom de la société est dérivé du grec pour ce minéral jaune. Selon le PDG, le Dr Ulrich Ehmes, il possède les propriétés requises pour révolutionner la chimie des batteries, avec des avantages indirects dans tous les domaines clés pour les véhicules électriques. Le co-fondateur et CTO Marek Slavik travaillait sur la technologie depuis près d’une décennie, et Ehmes est récemment arrivé pour en faire une réalité de production.

Comme vous le diront de nombreux ennemis des véhicules électriques sur les réseaux sociaux, les batteries de véhicules électriques sont pleines de minéraux de terres rares, ce qui les rend coûteuses et problématiques sur le plan éthique à fabriquer, en particulier lors de l’approvisionnement en cobalt du Congo. La stratégie de Theion est de baser sa technologie de batterie sur des minéraux bien plus abondants que ceux utilisés dans les cellules Lithium-Ion actuelles, mais qui ont un potentiel de densité énergétique similaire.

Le soufre est le dixième élément le plus abondant sur Terre, et des sources locales sont généralement disponibles dans n’importe quel endroit choisi dans le monde. « La technologie de batterie existante utilise du nickel, du manganèse et du cobalt pour la cathode », explique Ehmes. « Il s’appelle NMC 811, car il contient 80 % de nickel, 10 % de cobalt, 10 % de manganèse. Dans notre cas, nous remplaçons ce NMC 811 par du soufre. Nous n’avons donc pas de nickel, pas de manganèse, pas de cobalt, et nous remplaçons les plis collectifs actuels de cuivre et d’aluminium par du graphène, donc nous n’avons pas non plus d’aluminium et pas de cuivre dans nos cellules. Les seules choses que nous avons dans nos cellules sont une feuille de lithium métallique, du soufre et du carbone. Pour que cette technologie fonctionne, le soufre doit être fondu pour former des cristaux, mais il ne s’agit que de 112C (235F).

Quels sont donc les avantages du changement radical de Theion dans la chimie des batteries ? Bien sûr, vous pouvez faire parcourir 900 miles à un véhicule électrique avec la technologie de batterie actuelle. Le problème serait le poids de cette batterie et l’espace dont elle a besoin. Les véhicules électriques actuels consomment entre 3 et 5 miles par kWh, bien que la consommation d’énergie puisse être beaucoup plus élevée si vous conduisez de manière « fougueuse » ou à des températures extrêmes. Disons 4 miles par kWh pour être juste. En utilisant ce chiffre, vous auriez besoin de 225 kWh pour parcourir 900 miles. Les batteries Tesla Model 3 « 2170 » actuelles ont une densité de 260Wh/kg, bien que la dernière technologie puisse atteindre 350Wh/kg. En supposant ce dernier, une batterie de 225 kWh pèserait 643 kg, mais avec des cellules Tesla 2170, elle pèserait 865 kg. Avec une Tesla Model 3 Long Range pesant environ 1 850 kg, vous pouvez comprendre pourquoi aucun véhicule électrique actuel n’offre une autonomie de 900 miles.

Le poids de la batterie est dérivé de la « densité gravimétrique » des cellules, mais l’autre considération est la « densité volumétrique » – l’espace occupé par les batteries. Les batteries Tesla Model 3 2170 auraient une densité volumétrique de 416 kWh/litre. Bien que le poids soit important, vous devez également placer vos batteries dans un espace raisonnable, afin qu’il en reste suffisamment pour les passagers et le fret. La plupart des conceptions actuelles placent les batteries dans une conception de «planche à roulettes» sous le plancher pour maximiser cet espace, mais vous voyez toujours beaucoup de véhicules électriques assis plus haut que les équivalents à combustion interne pour fournir l’épaisseur de plancher nécessaire.

Lorsque Tesla est passé aux batteries LFP dans le modèle 3 standard en Europe, il a perdu à la fois la densité gravimétrique et volumétrique en raison des lacunes de cette technologie par rapport au lithium-ion, mais le boîtier de batterie du modèle 3 a été conçu pour s’adapter aux batteries plus grandes du Long Range. et Performance, de sorte que ce modèle de base pourrait simplement occuper plus d’espace dans le boîtier de la batterie. Tesla semble avoir augmenté la taille de la batterie pour fournir la dernière gamme WLTP de 305 miles tout en sacrifiant une partie de l’accélération en raison du poids supplémentaire du LFP.

Ehmes affirme que la technologie de Theion augmentera radicalement la densité gravimétrique et volumétrique, de sorte que ses batteries prennent moins de poids et d’espace pour la même capacité, ou vous pouvez avoir beaucoup plus de capacité pour le même poids.

La technologie Gen 1 actuelle de Theion est déjà à 500 Wh/kg et 800 Wh/litre – bien au-dessus des 2170 cellules de Tesla. Mais la technologie Gen 2 promet de porter ce chiffre à 700 Wh/kg et 1 000 Wh/litre en 2023, suivie par la Gen 3 en 2024 qui fournira 1 kWh/kg et 1 200 Wh/l. Pour en revenir à notre voiture avec une autonomie de 900 milles, sa batterie ne pèserait que 225 kg. Ce serait environ 60 kg de moins que la batterie actuelle de la Tesla Model 3 Long Range, qui a une cote WLTP de 374 milles, et occuperait environ un tiers de l’espace. La batterie Gen 4 de Theion, prévue pour 2025, aura une densité gravimétrique légèrement inférieure de 900 Wh/kg, mais une densité volumétrique plus élevée de 1 500 Wh/litre – elle prendrait donc un peu plus du quart de l’espace d’une Tesla Model 3 Long Range la batterie. Theion promet également 2 000 cycles de charge-décharge pour ses technologies Gen 3 et 4, ce qui est supérieur aux 1 000-1 500 cycles des cellules Lithium-Ion actuelles.

Un autre aspect important est bien sûr le prix, et Theion promet ici aussi des réductions incroyables. « Notre objectif de prix est de 30 € par kilowattheure contre 90 € par kilowattheure aujourd’hui », déclare Ehmes. En effet, les matériaux utilisés par Theion sont moins chers, tout comme la consommation d’énergie. « L’énergie de production est 90% inférieure. » Les batteries représentant environ un tiers des coûts actuels des véhicules électriques, cette réduction pousserait facilement le prix total des voitures bien en dessous de celui des véhicules à combustion interne. Ce pack actuel de 225 kWh pour 900 miles serait potentiellement le même genre de prix qu’un pack de 75 kWh pour 300 miles aujourd’hui.

Malheureusement, Theion ne fournira pas initialement ses technologies à l’industrie des véhicules électriques. « Nous discutons actuellement avec l’industrie spatiale », déclare Ehmes. «Nous remettrons ensuite le surplus de R&D au taxi aérien. Ensuite, les appareils mobiles comme les ordinateurs de poche, les ordinateurs portables, les téléphones portables et les appareils portables. » Mais les véhicules électriques sont définitivement sur la feuille de route de Theion, et la production a été conçue pour s’adapter aux quantités requises par les voitures électriques.

En supposant que cette technologie livre comme promis, elle pourrait supprimer l’un des derniers obstacles à l’adoption des véhicules électriques. Une citadine avec une autonomie de 300 miles aurait une batterie pesant à peine 75 kg et n’occupant que 50 litres d’espace. En comparaison, une batterie Tesla Model 3 Long Range délivrant cette autonomie prend 180 litres. Mais si vous équipiez une voiture comme la Tesla avec la technologie de Theion, elle pourrait facilement parcourir 900 miles ou même plus sur une seule charge avec une batterie de la même taille et du même poids qu’elle a actuellement.

Bien sûr, une batterie de 225 kWh comme celle-ci prendrait environ 30 heures pour se recharger sur un chargeur domestique de 7,4 kW, et probablement plus d’une heure pour atteindre 80 %, même sur les chargeurs rapides CC publics les plus rapides. Mais si vous pouvez parcourir 900 miles avec une charge, vous n’aurez peut-être jamais besoin d’utiliser un chargeur public.

Il convient de rappeler que, bien que les véhicules électriques et les voitures à combustion interne aient été inventés à peu près à la même époque (à la fin du 19e siècle), les véhicules électriques ont eu beaucoup moins de temps à se développer. Le véhicule électrique tel que nous le connaissons aujourd’hui n’existe vraiment que depuis une dizaine d’années, alors que la combustion interne s’améliore progressivement depuis plus de 100 ans. Le VE est déjà plus fluide à conduire, plus rapide et moins cher à faire fonctionner que la combustion interne. Il ne faudra clairement plus beaucoup d’années avant qu’une technologie telle que celle de Theion signifie que les véhicules électriques iront également plus loin entre les arrêts de ravitaillement.

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