La clé de l’adoption généralisée des véhicules électriques : moins d’autonomie

Maintenant, certains chercheurs qui étudient le problème de la conversion de la flotte mondiale de plus de 1,4 milliard de véhicules à l’électricité soutiennent que la tendance vers des véhicules à plus longue autonomie avec des batteries plus grosses est la mauvaise façon de penser à rendre les véhicules électriques accessibles à tous. Au lieu de cela, affirment-ils, il est temps d’envisager de vendre des voitures avec des batteries plus petites et moins portée, mais la possibilité de charger plus rapidement.

Pour y parvenir, il faudra surmonter des obstacles importants, notamment le développement d’une technologie de batterie encore naissante et la création d’un réseau omniprésent de stations de recharge rapide. Mais les avantages pourraient être énormes.

La logique est qu’un VE qui peut se recharger assez rapidement serait, pour la majorité des cas d’utilisation, comme la conduite en ville, meilleur que les VE à charge plus lente d’aujourd’hui avec des batteries plus grosses. Ces véhicules à recharge plus rapide pourraient également être nettement moins chers que les véhicules électriques actuels. À terme, même si les prix des batteries restent les mêmes qu’aujourd’hui, cela pourrait même signifier des véhicules électriques nettement moins chers que leurs équivalents à essence.

Les batteries sont aujourd’hui le principal facteur qui rend les véhicules électriques inabordables pour beaucoup. Il y a une pénurie de capacité de fabrication et le coût des batteries, qui pendant des décennies a chuté rapidement, s’est finalement stabilisé. En 2022, le coût a en fait augmenté par rapport à 2021. Transporter plus de batteries pour étendre l’autonomie ne fait pas qu’augmenter le coût des voitures, cela ajoute du poids, ce qui les rend moins efficaces. Et la construction de batteries nécessite des matières premières qui manquent constamment, ce qui signifie que la capacité pourrait être limitée pendant longtemps.

La promesse et le danger d’une charge très rapide

Advanced Research Projects Agency-Energy, connue sous le nom d’ARPA-E, est l’agence du gouvernement américain qui distribue des subventions aux chercheurs travaillant sur des technologies énergétiques révolutionnaires à un stade trop précoce pour un investissement privé. Il est calqué sur Darpa, la branche de recherche du ministère de la Défense qui a aidé à financer le développement de tout, du GPS à Internet.

Halle Cheeseman est une Vétéran de 40 ans de l’industrie des batteries commerciales, et dirige depuis deux ans une Programme ARPA-E visant à rendre les véhicules électriques plus abordables et accessibles. Pour expliquer le potentiel des véhicules électriques qui se chargent beaucoup plus rapidement qu’aujourd’hui, le Dr Cheeseman a créé un modèle simple.

Imaginez deux véhicules lors d’un road trip entre Orlando et Washington, DC, sur une distance d’environ 860 miles. Un véhicule a une autonomie de 300 miles et peut se recharger complètement en environ une heure, ce qui est typique du temps qu’il faut à de nombreux véhicules électriques à recharge rapide d’aujourd’hui pour se recharger à une borne de recharge. Un autre véhicule a une batterie deux fois moins grosse, avec une autonomie de 150 miles, mais peut se recharger complètement en 15 minutes. Même en ajoutant tout le temps supplémentaire nécessaire pour monter et descendre de l’autoroute pour des arrêts plus fréquents, le véhicule avec une autonomie deux fois moindre mais quatre fois la vitesse de charge bat son cousin beaucoup plus lourd et plus cher d’environ 20 minutes.

En pratique, les conducteurs américains utilisent leur voiture plus pour les trajets quotidiens que de longs trajets routiers, mais il y a d’autres raisons pour lesquelles ils pourraient vouloir un VE à recharge rapide. Plus d’un tiers d’entre eux n’ont pas de garage pour garer un véhicule, où la plupart des propriétaires de véhicules électriques rechargent généralement leurs véhicules. Avoir une voiture électrique qui pourrait recharger sa batterie en un peu plus de temps qu’il ne faudrait maintenant pour remplir le réservoir d’essence rendrait ces véhicules plus attrayants.

Certains véhicules électriques se chargent déjà rapidement, avec un hic

Si vous écoutez les discours marketing de certains des véhicules électriques les plus rapides d’aujourd’hui, y compris la Porsche Taycan et la Tesla Model Y, vous pourriez penser que nous avons déjà mis au point une technologie de charge rapide du type de celle de l’ARPA-E et d’autres des agences du monde entier financent.

Par exemple, le VUS multisegment électrique Kia EV6 2023 a une autonomie de 500 km et peut passer de 10 % à 80 % de charge en seulement 18 minutes s’il est connecté à un « chargeur rapide CC » ultrarapide.

Le problème avec ces chiffres est qu’ils supposent qu’un chargeur rapide CC est disponible et qu’il peut fournir de l’énergie à sa capacité nominale maximale. Mais les chargeurs rapides CC qui peuvent mettre autant de puissance dans un EV6 qu’il peut en accepter sont rare dans la plupart des régions des États-Unisavec de vastes “charger les déserts» en dehors des grandes villes américaines. Même si vous en trouvez un, pour un certain nombre de raisons, de la température extérieure et de l’état de la batterie d’un véhicule au fait que d’autres véhicules se branchent à la même borne de recharge, il est peu probable que votre véhicule se charge à sa vitesse maximale.

Kia Motors America, qui recueille de grandes quantités de données sur la rapidité de chargement de ses véhicules, constate de nombreux cas où ses véhicules se rechargent à leur capacité nominale maximale, déclare Steve Kosowski, responsable de la planification et de la stratégie à long terme de l’entreprise. Mais, comme presque tous les constructeurs automobiles, Kia est également frustré par l’état des réseaux de recharge américains, ajoute-t-il. Les chargeurs les plus rapides aux États-Unis sont souvent confrontés à des problèmes techniques qui les réduisent à une vitesse de charge plus lente. Ces problèmes vont de la surchauffe des câbles à l’alimentation insuffisante du chargeur.

Le projet de loi sur les infrastructures promulgué en novembre 2021 réserve 7,5 milliards de dollars pour un objectif éventuel de construction de 500 000 bornes de recharge aux États-Unis grâce à des partenariats impliquant des investissements publics et privés. Ce programme donnera la priorité à la construction de chargeurs rapides, mais les États ont eu du mal à le faire dans le passé.

Les chargeurs les plus rapides peuvent être coûteux à construire et à solliciter les réseaux locaux, nécessitant des mises à niveau.

Actuellement, les États-Unis ont presque 50 000 chargeurs publics, mais seulement environ 6 600 chargeurs rapides, dont environ 1 600 appartiennent à Tesla, selon le département américain de l’énergie. Pour la perspective, les États-Unis ont environ 145 000 stations-service. On ne sait pas combien de chargeurs que le gouvernement fédéral veut construire seront des chargeurs rapides.

De plus, alors que les véhicules autres que Tesla peuvent désormais se recharger dans les stations de recharge rapide de Tesla, de nombreux conducteurs trouvent qu’il est difficile, voire impossible, de le faire, pour des raisons allant de l’incompatibilité de prise à des câbles trop courts.

Percées de batterie nécessaires

En supposant que les États-Unis déploient finalement suffisamment de bornes de recharge rapide, réduire systématiquement les temps de charge des véhicules à 15 minutes n’est pas réaliste avec la technologie de batterie d’aujourd’hui, explique le Dr Cheeseman.

Un certain nombre de technologies prometteuses pourraient permettre aux batteries de se recharger beaucoup plus rapidement qu’elles ne le font aujourd’hui. Actuellement, ce qui limite la vitesse de charge dans la plupart des batteries, c’est la chimie de son anode, la borne chargée négativement, explique le Dr Cheeseman. La plupart des anodes des batteries de véhicules électriques sont en graphite, qui est de plus en plus rare et cher.

Remplacer le graphite par du silicium est un moyen prometteur d’accélérer la charge des batteries. Comme les éponges, les deux matériaux absorbent les ions lithium lorsqu’une batterie est en charge, mais le silicium peut en absorber 10 fois plusce qui signifie également qu’il peut absorber ces ions plus rapidement.

Selon Eric Wachsman, directeur du Maryland Energy Innovation Institute au Université du Maryland. La technologie des batteries à semi-conducteurs qui est sortie de son laboratoire et a été financée par une subvention fédérale, est depuis devenue la base d’une startup basée dans le Maryland, Ion Storage. Une charge trop rapide des batteries conventionnelles fait que le lithium se “plaque” sur l’anode sous forme de feuilles de lithium métallique, rendant la batterie inutilisable. Dans une batterie à semi-conducteurs, le lithium est déjà un métal et la charge est déplacée d’une manière différente que dans les batteries liquides, évitant ainsi le problème de placage, explique le Dr Wachsman.

Il est également possible que les ingénieurs et les constructeurs automobiles nous rapprochent du rêve d’une charge rapide universelle sans percées dans la conception des batteries. Au Laboratoire national de l’Idaho, un laboratoire de recherche fédéral, les scientifiques ont découvert qu’ils pouvaient charger en toute sécurité les véhicules existants beaucoup plus rapidement en utilisant un logiciel sophistiqué pour augmenter et diminuer la quantité de courant alimentée dans la batterie d’un véhicule. Le résultat est une charge de 1 fois et demie à deux fois la vitesse actuelle pour laquelle la plupart des batteries de véhicules sont conçues, explique Eric Dufek, l’un des scientifiques qui a mené la recherche.

Un certain nombre d’entreprises travaillent déjà sur des véhicules plus légers avec des batteries plus petites. Les exemples incluent le véhicule électrique ultraléger à trois roues de la startup Aptera, et Le véhicule prototype EQXX de Mercedes. L’efficacité énergétique est quelque chose qui compte encore beaucoup, même dans les véhicules électriques, et ces véhicules sont beaucoup plus économes en carburant que même les véhicules électriques de production les plus économes en énergie que vous puissiez acheter aujourd’hui. Les innovations qui entrent dans ces véhicules, qui incluent une résistance à l’air et une résistance au roulement ultra-faibles, pourraient un jour, en combinaison avec des batteries plus petites, conduire à des véhicules électriques abordables que l’ARPA-E souhaite que ses bénéficiaires de subventions aident à créer, déclare le Dr Cheeseman.

Ceux qui travaillent sur batteries sont convaincus que de meilleurs arrivent sur un VE près de chez vous, et relativement rapidement. Après des décennies où la plupart des batteries avaient à peu près la même chimie que les premières batteries lithium-ion commerciales, qui ont fait leurs débuts en 1991, explique le Dr Dufek, “la technologie des batteries en général évolue beaucoup plus rapidement qu’auparavant”.

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