Les "Gigafactories" pourraient un jour produire des millions de batteries de véhicules électriques au Royaume-Uni. Le gouvernement a déjà engagé le pays à interdire la vente de nouvelles voitures à moteur à essence et diesel d'ici 2030, il semble donc que les véhicules électriques (ou VE, comme ils sont souvent abrégés) sont susceptibles de remplacer une grande partie de la flotte actuelle.

Le constructeur automobile Nissan a promis de renforcer la production de véhicules électriques dans son usine de Sunderland, dans le nord-est de l'Angleterre, tandis que son partenaire industriel s'apprête à construire une usine de batteries électriques à proximité. Pendant ce temps, dans le Cheshire, le propriétaire de Vauxhall, Stellantis, a annoncé qu'il investirait 100 millions de livres sterling (139 millions de dollars) dans la construction de fourgonnettes et de voitures électriques dans son usine d'Ellesmere Port.

A quoi ressembleront toutes ces batteries ? La plupart des véhicules électriques utilisent aujourd'hui des batteries lithium-ion, mais celles-ci présentent un certain nombre de limitations. Heureusement, les scientifiques et les ingénieurs explorent un certain nombre de façons de surmonter ces défis qui pourraient aider à donner un coup de fouet à la conversion des voitures à l'électricité.

Les batteries lithium-ion ont été commercialisées pour la première fois par Sony en 1991 et sont devenues les batteries rechargeables les plus répandues dans les véhicules, tout comme elles le sont dans les téléphones portables et les ordinateurs portables. Elles sont plus efficaces et ont une durée de vie plus longue, entre 15 et 20 ans, soit environ trois fois celle d'une batterie plomb-acide traditionnelle. Fondamentalement, les batteries lithium-ion stockent plus d'énergie et sont également beaucoup plus légères, ce qui signifie qu'un véhicule équipé d'une batterie utilise moins d'énergie pour se déplacer.

Les batteries génèrent de l'énergie en déplaçant des particules chargées appelées ions d'avant en arrière entre deux électrodes. Lorsque la batterie est chargée, les ions lithium passent d'une électrode en composé d'oxyde métallique à une électrode en graphite. Lorsque la batterie est déchargée pour alimenter la voiture, les ions lithium vont dans l'autre sens, faisant circuler des électrons dans le circuit électrique connecté.

L'avenir des batteries pour véhicules électriques

Afin de rendre les batteries lithium-ion moins chères, des scientifiques de l'Université d'État de Pennsylvanie aux États-Unis étudient les batteries au lithium fer phosphate, qui utilisent différents éléments d'électrode. Ce modèle de batterie est beaucoup moins cher et plus sûr que les batteries lithium-nickel-manganèse-cobalt oxyde largement utilisées, et a le potentiel d'alimenter une voiture sur 250 miles avec seulement dix minutes de charge.

L'anxiété autour de la plage que les véhicules électriques entièrement chargés peuvent couvrir pousse également les constructeurs automobiles à développer des batteries qui utilisent un composant solide qui sépare les électrodes, plutôt qu'un liquide. Ceux-ci sont plus sûrs et peuvent alimenter les véhicules électriques à plus de 300 miles sur une seule charge.

Mais les batteries au lithium ont un problème. Le lithium est un élément relativement rare sur Terre par rapport à la plupart des minéraux d'usage courant. À mesure que la demande de batteries augmente, le prix du lithium augmentera fortement. Cela a incité les géologues à rechercher de nouvelles sources de lithium dans le monde, souvent avec leurs propres coûts élevés. Par exemple, l'extraction du lithium des marais salants au Chili consomme beaucoup d'eau, qui y est rare. Le cobalt est également rare par rapport à des métaux similaires comme le fer, et les minerais sont concentrés dans la région politiquement instable du Congo en Afrique.

Une solution pourrait être d'utiliser davantage ce que nous avons déjà. Avec plus d'un million de voitures électriques vendues dans le monde en 2017, un nombre en augmentation rapide, les scientifiques étudient comment recycler le lithium à grande échelle. Certains se demandent si des bactéries pourraient les aider à y parvenir.

A l'avenir, il sera important de concevoir des batteries facilement démontables, pour réutiliser les métaux qu'elles contiennent. Le lithium est également un métal très réactif, présentant des défis pour les personnes chargées de le manipuler.

Il existe également des alternatives potentielles au lithium. Par exemple, les batteries sodium-ion suscitent l'intérêt des fabricants de véhicules électriques en raison de leur faible coût. Ils fonctionnent de la même manière que les batteries lithium-ion, mais le sodium est plus lourd et stocke moins d'énergie.

Un peu plus loin dans le futur se trouvent les batteries multivalentes, où l'ion qui se déplace entre les électrodes a une charge supérieure à celle du lithium et délivre ainsi plus d'un électron chacun au circuit. Les scientifiques doivent relever des défis considérables avec ces batteries, mais elles pourraient potentiellement fournir un stockage d'énergie encore plus élevé.

Construire suffisamment de voitures électriques à un prix qui les rendra moins chères que les alternatives aux carburants fossiles est un défi majeur. À la pointe de la recherche sur les batteries, les scientifiques travaillent à résoudre ce problème et à révolutionner notre façon de voyager.