Les différentes technologies de batteries de voitures électriques

Les batteries nickel-cadmium (NiCd)

Les batteries nickel-cadmium (NiCd) sont des batteries composées d’électrodes en nickel et en cadmium, plongées dans un électrolyte alcalin à base de potassium. Elles ont été développées dans les années 1960 et ont été utilisées dans les premières générations de voitures électriques, comme la Citroën AX ou la Peugeot 106.

Les batteries NiCd ont l’avantage d’être plus légères, plus compactes, plus performantes et plus durables que les batteries au plomb-acide. Elles ont une bonne résistance aux chocs, aux vibrations et aux températures extrêmes. Elles ont également une faible auto-décharge, ce qui signifie qu’elles conservent leur charge pendant longtemps.

Les batteries NiCd présentent toutefois des inconvénients majeurs qui limitent leur utilisation dans les voitures électriques. Elles sont en effet très coûteuses, très polluantes et très difficiles à recycler. Elles contiennent du cadmium, un métal lourd très toxique et cancérigène, qui pose des risques pour la santé et l’environnement. Elles souffrent également de l’effet mémoire, c’est-à-dire qu’elles perdent de leur capacité si elles ne sont pas déchargées complètement avant d’être rechargées.

Les batteries NiCd sont donc progressivement remplacées par des technologies plus écologiques et plus efficaces, comme les batteries lithium-ion.

Les batteries nickel-métal-hydrure (NiMH)

Les batteries nickel-métal-hydrure (NiMH) sont des batteries composées d’électrodes en nickel et en hydrure métallique, plongées dans un électrolyte alcalin à base de potassium. Elles ont été développées dans les années 1980 et ont été utilisées dans certaines voitures électriques ou hybrides, comme la Toyota Prius ou la Honda Insight.

Les batteries NiMH ont l’avantage d’être plus performantes, plus durables et plus écologiques que les batteries NiCd. Elles ont une capacité supérieure, une meilleure résistance à l’effet mémoire et une moindre toxicité. Elles sont également plus faciles à recycler, car elles ne contiennent pas de métaux lourds.

Les batteries NiMH présentent toutefois des inconvénients qui limitent leur utilisation dans les voitures électriques. Elles sont en effet plus lourdes, plus volumineuses, plus coûteuses et moins performantes que les batteries lithium-ion. Elles ont une forte auto-décharge, ce qui signifie qu’elles perdent rapidement leur charge lorsqu’elles ne sont pas utilisées. Elles sont également sensibles à la température et peuvent se dégrader si elles sont exposées à des écarts importants.

Les batteries NiMH sont donc de moins en moins utilisées dans les voitures électriques, au profit des batteries lithium-ion, qui offrent de meilleurs avantages.

Les batteries lithium-ion (Li-ion)

Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont des batteries composées d’électrodes en matériaux carbonés et métalliques, plongées dans un électrolyte liquide ou solide à base de sels de lithium. Elles ont été développées dans les années 1990 et sont devenues la technologie dominante dans les voitures électriques, comme la Renault Zoe, la Nissan Leaf ou la Tesla Model 3.

Les batteries Li-ion ont l’avantage d’être plus légères, plus compactes, plus performantes et plus durables que les autres technologies de batteries. Elles ont une capacité supérieure, une meilleure efficacité énergétique, une meilleure résistance à l’effet mémoire et une faible auto-décharge. Elles sont également plus faciles à recycler, car elles ne contiennent pas de métaux lourds.

Les batteries Li-ion présentent toutefois des inconvénients qui limitent leur utilisation dans les voitures électriques. Elles sont en effet très coûteuses, très sensibles à la température et très vulnérables aux courts-circuits. Elles peuvent en effet surchauffer, s’enflammer ou exploser si elles sont mal utilisées, mal protégées ou mal rechargées. Elles nécessitent donc un système de gestion de la batterie (BMS) complexe et coûteux, qui assure leur sécurité et leur performance.

Les batteries Li-ion sont donc la technologie de référence dans les voitures électriques, mais elles sont encore perfectibles et doivent faire face à de nouveaux défis, comme la disponibilité et le coût des matériaux, ou l’impact environnemental de leur production et de leur recyclage.

Les batteries actuelles

Les batteries NCA et NMC

Au sein des batteries Li-ion, il existe plusieurs types de chimies, qui se distinguent par les matériaux utilisés pour la cathode, la partie de la cellule qui détermine sa capacité. Deux des chimies les plus populaires sont le nickel-cobalt-aluminium (NCA) et le nickel-manganèse-cobalt (NMC). Comme leur nom l’indique, elles utilisent du cobalt dans leur composition.

Les batteries NCA et NMC ont l’avantage d’avoir une excellente densité énergétique, c’est-à-dire le nombre de kilowattheures stockés par kilogramme de batterie. Elles offrent donc une grande autonomie aux voitures électriques. Elles ont également une bonne capacité de décharge à haute température, ce qui les rend adaptées aux véhicules électriques sportifs. C’est notamment le cas des Tesla Model S ou Model Y, qui utilisent des batteries NCA.

Les batteries NCA et NMC présentent toutefois des inconvénients majeurs qui limitent leur utilisation dans les voitures électriques. Elles sont en effet très coûteuses, très polluantes et très difficiles à recycler. Elles contiennent du cobalt, un métal rare, cher et controversé, qui pose des problèmes éthiques et environnementaux. Le cobalt est en effet principalement extrait au Congo, où certaines exploitations minières illégales sont accusées de violer les droits de l’homme et de dégrader l’écosystème.

Les batteries NCA et NMC sont donc progressivement remplacées par des technologies plus écologiques et plus économiques, comme les batteries LFP.

Les batteries LFP

Les batteries LFP sont des batteries Li-ion qui utilisent du fer et du phosphate pour la cathode, au lieu du cobalt. Elles ont été développées dans les années 2000 et sont de plus en plus utilisées dans les voitures électriques, comme la Tesla Model 3 ou la BYD Yuan, qui utilisent des batteries LFP.

Les batteries LFP ont l’avantage d’être plus économiques, plus écologiques et plus sûres que les batteries NCA et NMC. Elles n’utilisent pas de cobalt, ce qui réduit leur coût, leur impact environnemental et leur dépendance aux ressources rares. Elles ont également une meilleure stabilité thermique, ce qui réduit les risques d’incendie ou d’explosion. Elles sont donc plus adaptées aux véhicules électriques grand public, qui privilégient le rapport qualité-prix et la sécurité.

Les batteries LFP présentent toutefois des inconvénients qui limitent leur utilisation dans les voitures électriques. Elles ont en effet une densité énergétique inférieure, ce qui signifie qu’elles offrent une autonomie moindre. Elles ont également une capacité de charge et de décharge plus faible, ce qui signifie qu’elles se rechargent plus lentement et qu’elles fournissent moins de puissance. Elles sont donc moins adaptées aux véhicules électriques sportifs ou haut de gamme, qui privilégient la performance et l’autonomie.

Les batteries LFP sont donc une technologie prometteuse dans les voitures électriques, mais elles doivent encore s’améliorer pour rivaliser avec les batteries NCA et NMC.

Les batteries lithium-soufre (Li-S)

Les batteries lithium-soufre (Li-S) sont des batteries Li-ion qui utilisent du soufre pour la cathode, au lieu du cobalt ou du fer. Elles ont été développées dans les années 2000 et sont encore en phase de recherche et de développement. Elles ne sont pas encore utilisées dans les voitures électriques, mais elles pourraient le devenir dans le futur.

Les batteries Li-S ont l’avantage d’avoir une densité énergétique exceptionnelle, c’est-à-dire le nombre de kilowattheures stockés par kilogramme de batterie. Elles pourraient offrir une autonomie supérieure à 1000 km aux voitures électriques. Elles ont également l’avantage d’être plus écologiques et plus économiques que les batteries NCA et NMC. Elles n’utilisent pas de cobalt, mais du soufre, un élément abondant, bon marché et non toxique.

Les batteries Li-S présentent toutefois des inconvénients majeurs qui limitent leur utilisation dans les voitures électriques. Elles sont en effet très instables, très inefficaces et très peu durables. Elles souffrent d’une forte auto-décharge, d’une faible capacité de charge et de décharge, et d’une forte dégradation au fil des cycles. Elles nécessitent donc des améliorations techniques importantes pour être viables dans les véhicules électriques.

Les batteries Li-S sont donc une technologie innovante dans les voitures électriques, mais elles sont encore loin d’être prêtes à être commercialisées.