Étude de marché sur les batteries lithium-ion

Étude de marché sur le lithium SIS

Résumé exécutif

Un changement inévitable est en cours à mesure que l’industrie automobile passe des véhicules à essence traditionnels à des modes de transport plus économes en carburant et plus respectueux de l’environnement. À l'heure actuelle, les véhicules hybrides et les véhicules électriques font leur entrée sur le marché mondial, mais les progrès sont lents et les obstacles sont nombreux. Pour l’instant, ces véhicules n’ont pas rapporté beaucoup de bénéfices à leurs constructeurs, mais à mesure que la technologie des batteries s’améliore, cela va certainement changer. La question est : combien de temps cela prendra-t-il ?

Les batteries au lithium-ion ont connu une utilisation croissante ces dernières années. Avec un marché des batteries qui devrait dépasser $33 milliards d'ici 2019 et $26 milliards d'ici 2023. Les prochaines années devraient voir une prolifération des batteries de type pochette, avec des sociétés telles que LG Chem développant des matériaux d'emballage capables de résister à des températures élevées et qui devraient fournir une densité de puissance de 400 kWh dans un avenir proche. Alors que de toutes nouvelles sources de carburant sont en cours de développement, le lithium-ion restera la technologie privilégiée au cours des cinq à dix prochaines années. Les coûts de fabrication continueront également de baisser jusqu'à 30% au cours de cette période. Les innovations actuelles seront très probablement adoptées d’ici 2020, mais des percées plus importantes ne sont attendues qu’après 2025.

Le succès de Tesla et l’annonce d’une nouvelle GigaFactory au Nevada ont suscité beaucoup d’enthousiasme dans l’industrie. La production de masse de batteries pourrait permettre de réduire davantage les coûts et d’accélérer l’amélioration de la gamme hybride et électrique. L'anxiété liée à l'autonomie continue d'être un problème majeur pour les constructeurs, car les propriétaires potentiels sont dissuadés d'acheter par crainte de ne pas pouvoir parcourir de longues distances entre les recharges du véhicule et de ne pas disposer de très nombreuses installations de recharge facilement disponibles.

Les batteries à cellules cylindriques de Tesla, fabriquées par Audi et Porsche, vont augmenter leur production car le développement cylindrique semble très prometteur. En outre, la production de cathodes NTA va également augmenter, car il a été prouvé que leur densité est plus élevée et que leur capacité continue d'augmenter. Les anodes en silicium domineront très probablement le marché à l’avenir à mesure que leur popularité augmentera.

La technologie des piles à combustible à hydrogène progresse rapidement, mais ne devrait pas avoir un impact important sur le marché avant 2020. Entre-temps, les batteries lithium-ion continueront de proliférer. Ce faisant, leur capacité devrait s’améliorer au rythme de 5% par an tandis que leur puissance et leur densité énergétique continuent de progresser. Des sources de batteries meilleures et plus efficaces sont en cours de R&D dans l’ensemble de l’industrie, mais ne seront pas mises en œuvre avant au moins 5 à 7 ans.

L'effondrement récent des prix mondiaux du pétrole a été particulièrement préjudiciable à l'avancement des hybrides et des véhicules électriques sur le marché. Comme les conducteurs s'inquiètent moins du coût de l'essence (surtout aux États-Unis), ils sont plus enclins à acheter des véhicules traditionnels à essence. La plupart pensent que les prix du pétrole sont appelés à augmenter à nouveau, ce qui incitera les conducteurs à envisager à nouveau les véhicules hybrides/VE. Pendant ce temps, les constructeurs automobiles surveillent avec anxiété l’évolution des prix du pétrole pour voir ce qui va se passer et les développeurs de batteries restent au travail, facilitant les avancées qui seront disponibles lorsqu’elles seront nécessaires.

Un autre obstacle majeur à la vente de véhicules hybrides/VE est le manque d’infrastructures significatives pour les stations de recharge. À l’heure actuelle, ils sont rares, concentrés principalement sur les côtes, et les conducteurs hésitent à acheter un véhicule électrique qu’ils ne peuvent pas facilement mettre sous tension lorsqu’ils le souhaitent. Bien entendu, cela changera progressivement, par nécessité. La question est : à quelle vitesse ? L’avènement de la recharge sans fil contribuera également à réduire les temps de recharge et permettra aux conducteurs de prendre plus facilement des décisions écologiques concernant l’achat de véhicules. À terme, la demande de véhicules hybrides/VE augmentera, de manière plus significative en Europe et en Chine. À mesure que la demande augmente, la demande de batteries lithium-ion augmentera également.

Il n'y a pas si longtemps, beaucoup prédisaient que les plug-ins représenteraient 30% du marché d'ici 2020, mais la faiblesse des prix du pétrole a réduit ces attentes. Aujourd’hui, on s’intéresse beaucoup à savoir qui prendra la tête de la production et du développement de batteries à grande échelle, et où sera géographiquement concentrée la fabrication. La Chine semble être un bon candidat pour prendre la tête du « pack batterie », car de nombreux sites potentiels aux États-Unis sont entravés par des réglementations environnementales plus strictes concernant les métaux toxiques. La Corée et le Japon se montrent également prometteurs en matière de compétitivité et deviendront certainement des acteurs majeurs. 2025 semble plus réaliste comme date cible pour toute avancée significative des véhicules hybrides/VE sur le marché international.

À l’approche de 2030, il y aura davantage d’opportunités pour le développement de nouveaux produits, notamment le lithium-air. Les coûts des batteries resteront les mêmes, mais la densité énergétique doublera et la puissance ne changera pas. Le lithium-polymère est très prometteur, mais pas à moins que l'anode en lithium métal puisse être perfectionnée. Il existe des risques d'incendie associés à la technologie qui doivent être résolus.

Des avancées passionnantes se profilent à l’horizon, mais elles concernent toujours la R&D. La technologie des piles à combustible à hydrogène est peut-être la plus proche d’être réalisée avec des applications pratiques déjà en place. Plus tard, des technologies sophistiquées telles que les nanotubes de graphène/carbone, l’aluminium-air, le zinc-air et bien d’autres sont toutes des idées potentiellement viables en cours de développement.

SAKTI3, une entreprise nouvelle du Michigan, développe une batterie qui, selon elle, doublera la densité énergétique du lithium-ion pour un cinquième du coût. Serait-ce la technologie qui offrira aux clients le prix et l’autonomie dont ils ont besoin pour passer à une voiture verte ? Sakti3 a amassé $30M de financement de recherche auprès de bailleurs de fonds tels que des industriels japonais, Itochu, Khosla Ventures, General Motors et l'État du Michigan.

Un autre aspect prometteur de la technologie des batteries lithium-ion est la réutilisation en fin de vie. Une fois leur objectif initial d’alimenter un véhicule hybride ou purement électrique atteint, les batteries lithium-ion peuvent toujours être utilisées à d’autres fins, telles que l’alimentation en électricité des hôpitaux, des bâtiments et des applications réseau. Dans la seconde vie d’une batterie, elle peut être utilisée encore dix ans et peut ensuite être recyclée. Par la suite, une partie pourrait être récoltée pour d’autres usages. À cette fin, certains se tournent vers les gouvernements pour qu’ils imposent des dispositions sur la seconde vie afin de prolonger la durée de vie des batteries lithium-ion.

Les principaux moteurs du développement de la batterie Li-ion à l’approche de 2020 sont les incitations gouvernementales visant à aider le secteur des VE/PHV à se développer, ainsi que les pressions environnementales du Moyen-Orient, de l’Europe, des États-Unis et de l’Asie. Au-delà de cela, la croissance viendra des acheteurs de la génération Y intéressés à posséder des voitures vertes. Les applications conventionnelles telles que l'allègement et l'augmentation de l'efficacité des moteurs à essence, des moteurs diesel et des transmissions peuvent contribuer à répondre aux exigences d'économie de carburant, mais pas suffisamment pour respecter les réglementations gouvernementales pour 2020.

Quels que soient les obstacles qui s’opposent au développement des véhicules hybrides/VE, ils seront très certainement surmontés, car l’avenir exigera des véhicules plus économes en énergie et plus respectueux de l’environnement. La recherche mondiale de la meilleure batterie possible est en cours et des avancées spectaculaires sont sur le point de se produire. Les progrès se produisent rapidement alors que de brillants concepteurs de batteries s’efforcent de répondre aux demandes d’un marché automobile en évolution rapide.

Étude de marché sur les batteries

Introduction

Même si les véhicules hybrides et les véhicules entièrement électriques ne sont pas encore devenus véritablement courants sur les routes du monde, un changement inévitable est en cours à mesure que nous passons des véhicules à essence traditionnels à des modes de transport plus économes en carburant et plus respectueux de l'environnement. Ce changement s’accompagne d’innovations et de changements rapides motivés par la nécessité de trouver des technologies applicables pour faciliter une transformation aussi radicale.

Pendant des années, la batterie au plomb a été la source d’énergie de nos véhicules et appareils nécessitant une alimentation autonome. Aujourd’hui, nous assistons à l’avènement de la batterie lithium-ion. Alimenté par une source de matière première facilement disponible, le métal le plus léger connu de l’homme, le lithium a révolutionné le secteur des batteries et ne montre aucun signe de ralentissement dans les années à venir.

On s’attend à ce que le marché des batteries lithium-ion continue d’offrir des opportunités de croissance fiables jusqu’en 2020 au moins. Les utilisateurs finaux à l’origine de cette croissance sont les constructeurs automobiles, les fabricants de biens industriels, les vendeurs d’appareils grand public, le segment du réseau et du stockage d’énergie renouvelable. Le passage aux véhicules hybrides et électriques n’a fait qu’accélérer l’avènement du développement des batteries lithium-ion. Travaillant constamment à améliorer la technologie existante, les fabricants s'efforcent de construire des batteries plus légères et plus efficaces, capables d'emmener les véhicules plus loin entre les charges. Des avancées se produisent constamment, promettant un avenir rempli de batteries qui répondent réellement aux besoins des entreprises, des consommateurs et de l’environnement.

Au-delà du transport, des marchés lucratifs existent pour le lithium-ion dans de nombreux autres domaines. Les plus notables sont le secteur de la santé, les fabricants mondiaux et les applications militaires. Au-delà de cela, c’est une planète alimentée par des batteries, qui a besoin d’énergie pour continuer à bouger et à tourner vers l’avenir.

Naviguer sur ce marché en constante évolution du développement de batteries est délicat, mais les investisseurs et les acteurs émergents savent que le feu vert est allumé, et ils avancent avec audace pour revendiquer une part de l'action, voyant un marché réglementé prêt pour les sources d'énergie vertes et davantage de carburant. efficacité. Pour ceux qui maîtrisent le mieux les complexités entourant ce marché, le profit et le succès sont au rendez-vous.

Les progrès des batteries lithium-ion se poursuivront à mesure que les investissements accrus dans la recherche et le développement soutiennent l’amélioration des performances des batteries et la baisse des prix pour les consommateurs. D'un point de vue concurrentiel, le marché est segmenté avec des fournisseurs tels que les intégrateurs de batteries et les fabricants de cellules. Toutefois, la consolidation est vouée à se poursuivre, car les petits intérêts ne survivront probablement pas aux investissements importants en capital nécessaires pour faire face aux dépenses de R&D et à la tendance à la baisse des prix. La demande du marché pour les batteries lithium-ion devrait être la plus importante en Amérique du Nord et dans la région Asie-Pacifique. Les pays européens rechercheront également des sources d’énergie alternatives similaires. Voici une répartition du pourcentage prévu de part de marché mondiale pour l'utilisation des batteries lithium-ion prévu pour l'année 2020 par Frost et Sullivan :

L'informatique, la santé et les télécommunications seront des secteurs qui généreront une demande accrue de produits à base de lithium-ion. Ces éléments, combinés aux intérêts des consommateurs, du réseau, de l’automobile et des énergies renouvelables, pourraient bien conduire à une situation où la demande dépasse l’offre.

Lithium – Le métal le plus léger

Lithium – Le métal le plus légerLe lithium dans sa forme la plus pure est un élément chimique volatil. Il est inflammable et peut exploser lorsqu'il est exposé à des températures élevées. Il est extrait de roches ignées telles que le spodumène et, le plus souvent, de sels de chlorure de lithium présents dans des bassins de saumure. La Bolivie et le Chili sont d’importants pays d’origine, même si des préoccupations politiques et économiques interviennent souvent pour y compliquer l’extraction. L’Australie, l’Argentine, la Chine et les États-Unis disposent également de réserves de lithium.

Dans le désert d'Atacama au Chili, il y aurait 28,4 millions de tonnes de lithium récupérable, soit suffisamment pour alimenter environ 1,58 milliard de PHEV ou 400 millions de véhicules électriques. De plus, il est recyclable et pourra être utilisé ultérieurement pour d’autres applications. En attendant quelque chose de mieux, le lithium reste la voie d’aujourd’hui et de demain.

Les prévisions de l’industrie dressent un tableau prometteur de la fabrication et des ventes de batteries lithium-ion. En fait, ces véritables périodes de boom existent dans tous les secteurs, y compris les véhicules électriques, le stockage d’énergie et l’électronique grand public. L’innovation est au cœur de cette croissance. À l’échelle mondiale, le marché mondial des batteries lithium-ion pour automobiles devrait générer à lui seul $9,6 milliards d’affaires d’ici 2015. Il devrait atteindre $33,1 milliards d’ici 2019, avec un taux de croissance annuel de 14,4% au cours des sept prochaines années. D’ici 2023, les revenus mondiaux des batteries Li-ion atteindront $26,1 milliards. La fiabilité éprouvée des batteries lithium-ion a permis qu’il en soit ainsi.

À mesure que l’innovation prolifère et que le marché se développe, le coût des batteries Li-ion EV continue de diminuer rapidement. On estime qu’ils diminueront à $100/kWhr d’ici 2025. Un certain scepticisme existe. Lux Research prévoit $400/kWhr d'ici 2020. D'autres sources citent une référence de $150 comme prix qui rendra les véhicules électriques à batterie viables pour le public.

La croissance persistante mais mesurée du marché des batteries lithium-ion a rendu la tâche difficile à certains fabricants de batteries. En cours de route, il y a eu des faillites ou des fermetures d’entreprises alors que des entreprises plus grandes et mieux établies s’accrochent et attendent que le marché des transmissions pour véhicules électriques prolifère dans le monde entier. Parmi les leaders figurent Johnson Controls, AESC et LG Chemical. Parallèlement, les recherches indiquent des progrès stupéfiants dans les capacités des batteries au cours des prochaines années et une augmentation constante des ventes de véhicules hybrides et électriques sur nos routes, dans les airs et sur la mer, générant des ventes de plus de $533 milliards d'ici 2025.

Étude de marché sur les batteries au lithium

Les technologies émergentes

À l’heure actuelle, les voitures hybrides gagnent une place décente sur le marché et les voitures électriques pures devraient suivre leur exemple au cours des cinq prochaines années, à mesure que les problèmes techniques seront résolus et que les coûts deviendront plus acceptables pour les consommateurs. Jusqu’à présent, Toyota et Tesla se sont bien positionnés, et d’autres ne sont pas loin dans le rétroviseur. Certains collaboreront pour améliorer leurs chances. Ce qui est en jeu, ce sont des milliards incalculables pour les survivants et l’oubli possible pour les perdants. Pendant ce temps, la technologie continue d’évoluer, au-delà du lithium-ion, car rien ne reste statique. Voici un aperçu de certaines technologies émergentes – leur potentiel et leurs pièges.

Piles lithium-air — IBM travaille sur les batteries lithium-air depuis 2009. Le Li-air offre une densité énergétique améliorée en modifiant la chimie de la batterie, créant ainsi une réaction qui attire l'oxygène de l'atmosphère et produit ensuite de l'oxygène pendant la recharge. Les pronostiqueurs voient la technologie comme révélatrice, imaginant un jour où les voitures pourraient parcourir des milliers de kilomètres sans avoir besoin d’une recharge. Cependant, la mise en œuvre prendra au moins 5 à 15 ans.

Duel de batteries au carbonePuissance Japon Plus — Il existe des limites au lithium-ion. Le temps de charge est trop long. Ils ne sont pas particulièrement « denses en énergie ». Ils sont potentiellement volatils (chaleur, incendies et explosions). Ils perdent également de la puissance après des recharges répétées. La technologie double carbone remplace les bornes en oxyde de lithium par du carbone ordinaire. Ils ne chauffent pas aussi et sont réputés se charger jusqu'à 20 fois plus rapidement. Le carbone est facilement obtenu et sa dégradation est également réduite au fil du temps.

Ultracondensateurs en graphèneTesla manifeste son intérêt — Dans ce cas, des plaques chargées séparées par des résistances sont utilisées à la place des batteries. L'électricité est ensuite retenue dans un champ électrostatique pour être déchargée ultérieurement. Il existe des problèmes de stockage et de déchargement qui n’ont pas encore été résolus. Avec le graphène, il est possible de générer des cellules avec une capacité et une densité d'énergie massives sans dégénérescence au fil du temps. La recharge est pratiquement instantanée. Jusqu’à présent, les prototypes se sont montrés très prometteurs. Elon Musk a été inspiré pour prédire que « l’avenir n’est pas celui des batteries, mais celui des supercondensateurs ». Le temps nous le dira.

Piles au lithium-imide – Leydon Énergies — Il a été démontré que le lithium-imide limite la dilatation thermique à des températures extrêmement chaudes. Leydon fabrique des anodes à base de silicium qui facilitent une plus grande densité énergétique que les anodes à base de carbone.

Batteries lithium-ion SuperPolymer 2.0Electrovaya, Inc. — Cette technologie améliore l'efficacité et la puissance des batteries dans de nombreuses applications et élimine avantageusement la N-méthylpyrrolidone (NMP), qui s'est avérée dangereuse pour les humains. Le SuperPolymer 2.0 est réputé pour avoir une résistance au feu améliorée et peut fonctionner dans de larges paramètres de température.

Piles au carbure de silicium et au nitrure de gallium — Ceux-ci présentent des avantages qui facilitent un potentiel d’économies d’argent important. Connus sous le nom de matériaux à large bande interdite (WBG), ils sont plus efficaces que le silicium lorsqu’ils sont utilisés en électronique de puissance. Les appareils qui les utilisent peuvent être réduits et peser moins. Il est prévu qu'ils remplacent le silicium dans les véhicules électriques dès 2020.

Batteries magnésium-ionLaboratoires nationaux Lawrence Berkeley — Présenté comme le possible « avenir du stockage d'énergie », l'ion magnésium a une charge de +2 (multivalence) par opposition à +1 pour le lithium-ion (électron unique). Le magnésium est plus abondant que le lithium et est moins susceptible de surchauffer. Malgré les réserves initiales concernant les problèmes de conductivité et les contre-ions qui pourraient nuire à l'efficacité de la batterie, des recherches ont montré que la conductivité est en réalité plus efficace que le lithium-ion en raison d'une sphère de coordination un tiers plus petite. Les tests dans le monde réel suivront et, en cas de succès, les batteries Mg-ion, puissantes, peu coûteuses et sûres, suivront certainement.

Batteries magnésium-ionNanotubes de graphène/carbone — Le graphène et les nanotubes de carbone se sont révélés très prometteurs pour améliorer le stockage de l'énergie à l'avenir. Des chercheurs de l’Université de technologie du Queensland et de l’Université de Californie souhaitent les associer avantageusement à la batterie lithium-ion actuelle. Le résultat final pourrait être un stockage d'énergie amélioré dans les panneaux de carrosserie d'un véhicule électrique, ce qui lui permettrait d'être rechargé rapidement et de voyager beaucoup plus loin qu'il n'est actuellement possible de le faire. Le carbone est partout. L’astuce consiste désormais à obtenir les propriétés uniques qu’il possède à l’échelle nanométrique. Pas une tâche facile. Des supraconducteurs en graphène sont en cours de développement, qui se chargent rapidement et sont ultra-puissants. Ils peuvent même être imprimés à l’aide d’un graveur de DVD, produisant des feuilles de graphène capables de stocker une grande quantité d’énergie. Potentiellement, cela pourrait conduire à des batteries qui se chargeraient instantanément, dureraient jusqu’à 20 ans et offriraient une autonomie considérablement accrue. Les économies de coûts seraient tout aussi impressionnantes.

Batteries lithium-ion à base de siliciumAmprius — L'idée ici est d'utiliser du silicium au lieu du carbone comme matériau d'électrode dans les batteries lithium-ion. L'Université de Stanford a annoncé un tour de table de capital-risque de $30 millions qui aidera Amprius à développer l'idée dans ses installations chinoises. La société asiatique de capital-investissement SAIF Partners, les investisseurs Kleiner, Perkins, Caulfield et Beyers, Vantage Point Capital Partners, Chinergy Capital, Innovation Endeavors et Trident Capital sont tous concernés par les résultats de la R&D actuelle. L’objectif est d’exploiter la densité énergétique décuplée du silicium par rapport aux batteries lithium-ion centrées sur le carbone. Il existe un potentiel pour augmenter la densité énergétique actuellement disponible jusqu’à 40%. Malheureusement, contrairement au carbone, le silicium se dilate sous l’insertion du lithium-ion, ce qui le fait se fracturer et se dégrader. La barrière développe un moyen de fabriquer commercialement des structures de nanotubes. Amprius vise la mise sur le marché des batteries d'ici 2015, après avoir déjà construit 60 000 unités à tester. Nokia et d'autres constructeurs chinois et américains attendent. En attendant, Amprius espère que les batteries de troisième génération atteindront jusqu'à 500 wattheures par kilo.

Piles sodium-air — La capacité Sodium-Air est certes inférieure à celle du lithium-air, mais elle est nettement supérieure à celle du lithium-ion et beaucoup plus simple à fabriquer que le lithium-air. Une électrode de sodium se trouve à une extrémité de la batterie, où un électrolyte est placé sous une électrode de carbone perméable à l'oxygène. Un électron contourne la batterie et le métal ionique se dissout dans l'électrolyte qui se déplace vers l'électrode de carbone et rencontre l'oxygène. Il en est encore au stade expérimental, mais les chercheurs sont encouragés. Ils ont déduit que le sodium-air détient une charge supérieure et se charge également plus facilement que le lithium-air. Le mauvais côté? Le sodium-air ne peut être chargé que quelques fois avant de mourir. Les scientifiques tentent de comprendre pourquoi.

Batteries aluminium-airPhinergie — Al-air génère de l'électricité lorsque l'oxygène de l'air réagit avec l'aluminium, créant une batterie avec une énorme densité énergétique. Ils ne sont pas largement utilisés en raison du coût élevé de l'anode et des problèmes de sous-produits lorsqu'ils sont utilisés avec des électrolytes traditionnels. C’est pour cette raison qu’ils sont principalement utilisés pour des applications militaires. Potentiellement, un véhicule électrique équipé de batteries aluminium-air pourrait offrir une autonomie huit fois supérieure à celle des batteries lithium-ion tout en pesant beaucoup moins. De plus, les batteries al-air ne sont essentiellement pas rechargeables une fois immergées dans des électrolytes à base d’eau. Il est possible de les recharger avec des anodes d'aluminium fraîches obtenues par recyclage de l'oxyde d'aluminium hydraté. Cela devrait être le cas si l’on veut que les batteries al-air soient plus largement utilisées. L’hybridation avec les batteries au plomb traditionnelles pourrait être la solution. Récemment, Phinergy a présenté une voiture électrique utilisant des cellules aluminium-air, capable de parcourir 330 km en utilisant une cathode unique et de l'hydroxyde de potassium. En partenariat avec Alcoa, Phinergy a récemment testé un petit véhicule électrique utilisant des batteries lithium-ion et al-air affichant une autonomie étonnante de 1 000 miles. Bien qu'elles ne soient pas rechargeables, les cartouches modulaires en aluminium peuvent être échangées contre de nouvelles. Utilisé comme alimentation de secours en tandem avec une batterie lithium-air, il pourrait offrir aux conducteurs une alternative sans carbone. En réalité, les batteries al-air offrent des performances comparables à celles des véhicules à essence, mais elles sont plus propres. C'est une option viable et qui est sûrement sur la table.

Piles zinc-air — Également non rechargeables, les piles zinc-air créent de l'énergie en oxydant le zinc avec l'oxygène de l'air. Ils offrent une densité énergétique élevée et sont peu coûteux à produire. Ils sont pratiques pour les petites applications telles que les appareils auditifs et les caméras. Les batteries deviennent beaucoup plus grosses pour être utilisées dans les véhicules électriques. Lors de la décharge, les particules de zinc forment une anode poreuse saturée d'électrolyte. A la cathode, l'oxygène réagit et forme des ions hydroxyles qui migrent dans la pâte de zinc et créent du zincate. Cela permet aux électrons de voyager jusqu’à la cathode. Le zincate se désintègre pour former de l'oxyde de zinc et l'eau retourne à l'électrolyte. L'eau et l'hydroxyle de l'anode sont recyclés à la cathode, de sorte que l'eau n'est pas finalement consommée. Les réactions produisent en théorie 1,65 volts, qui est réduit à 1,35-1,4 volts dans les cellules disponibles. Le zinc-air partage les caractéristiques des batteries et des piles à combustible. Le zinc sert de combustible et la réaction est gérée par une variation du débit d'air. La pâte zinc/électrolyte oxydée peut être remplacée par un produit frais. Si elles sont pleinement mises en œuvre, les batteries zinc-air pourraient constituer une source d’énergie viable pour les véhicules électriques et pourraient être utilisées pour le stockage d’énergie de qualité utilitaire.

Piles au gel — Les cellules gel sont des batteries VRLA dans lesquelles les électrolytes sont gélifiés. La silice fumée est combinée à l'acide sulfurique pour former une masse gélatineuse et immobile. Elles ne présentent pas les problèmes inhérents aux batteries à cellules humides (évaporation, corrosion, déversements) et sont plus résistantes aux températures extrêmes, aux vibrations des tiges et aux chocs. Contrairement aux batteries à cellules humides, l'antimoine contenu dans les plaques de plomb est remplacé par du calcium et une recombinaison des gaz peut se produire.

Piles au gelPiles à combustible à hydrogène — Hyundai a introduit la technologie des piles à combustible à hydrogène avec son modèle Tucson. Honda et Toyota suivront en 2015. Certains affirment que les véhicules électriques à hydrogène ne seront pas réellement acceptés par le marché de masse avant 2030. Les véhicules à pile à combustible offriraient l'autonomie d'un véhicule conventionnel, mais avec zéro émission. Cependant, le manque d’infrastructures et le coût élevé de fabrication des transmissions nécessaires pourraient éloigner les piles à combustible du courant dominant pendant des années.

Étude de marché sur le stockage d’énergie par batterie

Que se passe-t-il à… ?

Panasonic

La demande de batteries hybrides et rechargeables a été une aubaine pour Panasonic, notamment en ce qui concerne leur partenariat avec Tesla. Panasonic a récemment vanté une part de marché de 39%, suivi de NEC avec 27% et de LG Chem avec 9%. Panasonic a élargi son accord de fabrication de batteries avec Tesla en octobre 2014.

Le grand projet de Tesla, la construction d'une Giga Factory $5B en dollars au Nevada, se concentrera sur la production de cellules lithium-ion de 35 GWh. Panasonic s'associe à Tesla dans cette entreprise que certains considèrent comme une entreprise à haut risque. Il reste à voir si cet investissement a du sens et peut réellement conduire à une percée dans la fabrication de batteries Li-ion moins chères. Certains spéculent que même si Tesla vend 240 000 véhicules électriques en 2020, comme ils espèrent le faire, Panasonic pourrait connaître de faibles marges. Dans les conditions actuelles, il est facile de supposer que Tesla pourrait fonctionner en surcapacité, ce qui pourrait être difficile à compenser.

Parallèlement, Panasonic a récemment conclu une collaboration avec une filiale de Polypore International, Celgard. Ils uniront leurs forces pour développer des séparateurs Celgard sans revêtement et avec revêtement pour la prochaine génération de cellules de batterie Panasonic. Après les étapes de développement, les deux sociétés espèrent conclure un accord d'approvisionnement à long terme. Les séparateurs de batterie permettent le transfert des ions lithium tandis que le séparateur crée une barrière entre la cathode et l'anode. Celgard utilise actuellement des membranes électrolytiques en polypropylène, polyéthylène ou tricouche PP/PE/PP dans ses séparateurs.

Samsung

Samsung a commencé à fabriquer des batteries lithium-ion en 2000. Depuis lors, ils ont acquis un rôle de leader grâce à l'innovation et au développement de produits de qualité. Ils sont reconnus comme le leader mondial sur le marché des batteries lithium-ion depuis 2010. Samsung fabrique des cellules de batterie prismatiques qui offrent une densité énergétique et une puissance supérieures tout en respectant les paramètres dimensionnels standard des batteries. L'entreprise restera fidèle aux prismatiques, estimant qu'ils posent moins de problèmes que les stratifiés.

Les experts s’attendent à ce que les coûts descendent à $150US par kilowattheure jusqu’en 2020, les prix baissant davantage du côté des matériaux que du côté de la vente/conception. Une fois que les conceptions auront progressé dans la fabrication, les coûts finiront par être réduits. À cette fin, Samsung prend des mesures agressives de réduction des coûts.

L'entreprise est en mesure de produire en série plusieurs cellules de batterie automobile avancées, notamment la classe 5 Ah pour les véhicules électriques hybrides, la 20 Ah pour les véhicules rechargeables, la 60 Ah pour les véhicules purement électriques et la « Hi Cap » 4,0 Ah/11 Ah pour les micro/ HEV légers. La Samsung 5,2 Ah est la cellule la plus petite et la plus puissante au monde, tandis que la 5,9 Ah offre la densité de puissance la plus élevée de l'industrie et est actuellement en production en série pour les SUV hybrides légers (?) et les supercars hybrides.

En ce qui concerne l’avenir, Samsung s’est fixé des objectifs d’ici la fin de la décennie en matière de progrès technologiques en matière de batteries. D’ici 2016, une nouvelle batterie (NCM) Nickel Cobalt Manganèse fournira une densité énergétique de 130 wh/kg. D’ici 2019, Samsung prévoit un NCM avancé fournissant 250 wh/kg. Alors que de nombreux acteurs du secteur se dirigent vers la mise en œuvre de la pile à combustible lithium-air, Samsung souhaite y parvenir d'ici 2020. La batterie qu'ils ont en tête aurait une densité énergétique de +300 wh/kg.

De plus, la batterie Samsung de classe EV 60 Ah présente la densité d'énergie volumétrique la plus élevée du secteur et est actuellement produite en série pour les constructeurs OEM européens et américains. Les modèles 26 Ah et 28 Ah ont la puissance volumétrique et la densité énergétique les plus élevées du secteur. Une conception empilable et compacte permet une modularité des cellules et une facilité d'emballage. Ceux-ci sont en production pour les équipementiers européens.

Attendez-vous à ce que Samsung continue à fabriquer des batteries au nickel sans changements spectaculaires dans les combinaisons chimiques au cours des 2-3 prochaines années. Les développements technologiques pourraient voir un doublement de l’ampère/heure en utilisant les matériaux existants. Aucun changement significatif concernant les anodes n’est à l’horizon car l’entreprise continue d’expérimenter avec des additifs et des séparateurs. Les autorisations de sécurité annuleront tout changement significatif avant 2020. Samsung prévoit davantage d'opportunités de développement de produits, y compris le lithium-air, à l'approche de 2030. Samsung a la capacité de réduire les coûts et d'augmenter la densité énergétique de la batterie en utilisant des produits chimiques de son 1850 dans une batterie carrée. mais les réglementations du gouvernement chinois ne le permettent pas.

D’ici 2020, Samsung s’attend à une augmentation de la demande de batteries au lithium haute tension 48 et basse tension afin d’atteindre les niveaux de CO2 conformément aux objectifs d’Horizon 2020. À l'heure actuelle, ils sont deuxièmes derrière la Nissan Leaf. Un partenariat avec BMW pourrait augmenter les parts de marché et les placer dans le Top 3.

Pendant ce temps, Ford a travaillé en tandem avec Samsung SDI pour créer une technologie hybride centrée sur le freinage par récupération, capable de retenir jusqu'à 95% d'énergie généralement perdue lors du freinage du véhicule. Considéré comme une solution à court terme pour réduire les émissions de dioxyde de carbone, le système fonctionne avec le système Auto Start-Stop de Ford qui coupe le moteur lorsque le véhicule est arrêté pour économiser le carburant. Une batterie spéciale alimente les systèmes internes et les accessoires jusqu'à ce que le frein soit desserré, moment auquel le moteur redémarre. À long terme, Ford et Samsung SDI développent une batterie lithium-ion ultra-légère, jusqu'à 30% plus petite que les batteries hybrides existantes. Il est composé de nickel-hydrure métallique et peut potentiellement fournir jusqu'à trois fois plus de puissance. En employant des stratégies de réduction de poids dans un véhicule concept, le résultat final pourrait offrir des performances et une efficacité accrues. Ford a investi $135M pour la production, la conception et l'ingénierie des composants de batterie nécessaires et les procédures de test ultérieures. De plus, Ford soutient la recherche en cours sur le stockage d'énergie au Lawrence Berkeley National Laboratory. Ford s'intéresse aux solutions de fin de vie des véhicules (ELVS) qui impliquent la gestion des substances toxiques et la recyclabilité des batteries obsolètes. Les clients peuvent désormais apporter leurs vieilles batteries aux revendeurs participants pour un recyclage sans frais.

Batteries « pliables » Samsung – Samsung SDI a dévoilé une nouvelle batterie enroulable et pliable lors de la convention InterBattery 2014 en Corée du Sud. Capable de se plier en forme de U ou d'être enroulée autour d'une tasse, il est plus probable que cette batterie trouve sa place sur les poignets des gens sous une forme portable, comme la cellule incurvée de 210 mAh trouvée à l'intérieur de leur bracelet de fitness Gear Fit. À l’heure actuelle, les batteries sont encore en développement pour améliorer la fiabilité et la sécurité et il faudra peut-être un certain temps avant qu’elles ne soient disponibles au public. LG Chem s'intéresse également aux appareils portables et a des batteries similaires en cours de développement, bien que l'accent ait récemment été mis sur la fabrication de batteries pour véhicules électriques.

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Cette start-up émergente du Michigan vise à fabriquer des batteries au lithium de manière aussi efficace et abordable que les puces informatiques. Créée par la PDG et fondatrice Ann Marie Sastry, Sakti3 a annoncé en 2014 qu'elle était sur le point de réaliser des percées majeures dans la technologie des batteries. Ils développent une batterie qui, selon eux, doublerait la densité énergétique du lithium-ion pour un cinquième du coût. Serait-ce la technologie qui offrira aux clients le prix et l’autonomie dont ils ont besoin pour passer à une voiture verte ? Peut être. Sakti3 a amassé $30M de financement de recherche auprès de bailleurs de fonds tels que des industriels japonais, Itochu, Khosla Ventures, General Motors et l'État du Michigan.

Sakti3 affirme avoir développé une batterie lithium-ion à semi-conducteurs qui utilise des méthodologies de production similaires à celles des cellules solaires et des écrans de télévision à écran plat. Cette technologie de dépôt sous vide a le potentiel de donner à Sakti3 un processus de fabrication peu coûteux et rapide. À l’heure actuelle, la société produit des cellules sur une modeste ligne de production pilote dans le Michigan dans l’espoir de les commercialiser dans les deux prochaines années.

Il y a des obstacles. Pour opérer à grande échelle, le coût de fabrication est exponentiellement plus élevé et plus onéreux. Fabriquer des batteries de taille fonctionnelle, et en grand nombre, présente également des défis importants. Il existe des doutes quant à savoir si les batteries à semi-conducteurs pourraient fournir l'accélération rapide dont les véhicules d'aujourd'hui ont besoin, un problème que les anciens partisans des batteries à semi-conducteurs n'ont pas pu résoudre. On se demande si ces batteries pourraient résister à des températures extrêmes. Seraient-ils assez solides pour résister aux rigueurs de la route ? Il y en a d’autres dans le jeu, notamment Toyota et des nouveaux venus comme Solid Power Battery au Colorado et Seeo en Californie. D’autres comme Planar Energy ont déjà jeté l’éponge.

Sakti3 vise d’abord à créer des batteries à semi-conducteurs pour téléphones intelligents capables de doubler leur durée de vie. Après cela, ils passeront aux packs de batteries automobiles. Longue distance, Sakti3 envisage des batteries à semi-conducteurs pour le stockage à grande échelle de l'énergie éolienne et solaire. Frost et Sullivan prévoient que le marché des batteries au lithium atteindra $76.4B d'ici 2020, avec une croissance pouvant atteindre 25%. Ann Marie Sastry sait qu'elle a besoin d'un partenaire possédant une expérience en matière de batteries à grande échelle. L'aide pourrait venir de grands fabricants asiatiques disposant de formats de cellules standardisés couvrant de nombreux secteurs, de résultats de tests éprouvés, ainsi que d'équipes marketing et technico-commerciales expérimentées dans les secteurs difficiles.

LG Chimique

La société coréenne LG Chem a récemment annoncé qu'elle pourrait fournir une batterie pour véhicules électriques d'une autonomie de 200 miles d'ici 2016. À qui elle fournirait cette batterie reste un mystère, mais le meilleur candidat semble être General Motors. GM utilise des cellules LG Chem pour la Cadillac EDR, la Chevrolet Volt et pour la Volt/Ampera exportée. Cependant, LG Chem fournit également des batteries à des constructeurs automobiles concurrents tels que Hyundai, Kia, Volvo, Renault et Ford. GM a surveillé Tesla de près pour voir comment se développe sa proposition de voiture de 200 milles (elle est attendue pour 2016-2017).

La batterie de 200 milles proposée en cours de développement aurait une densité énergétique améliorée avec un matériau d'emballage de type pochette pour résister à des températures élevées. La densité de puissance devrait s'améliorer jusqu'à environ 400 kWh. Dans le même temps, les coûts de fabrication devraient baisser jusqu'au 30%. $14B LG Chem est bien entendu l’un des principaux fournisseurs mondiaux de batteries lithium-ion. Il s’agit d’un principal axe de croissance pour l’entreprise. Au cours des sept dernières années, les investissements dans les batteries lithium-ion ont été multipliés par cinq. Ils disposent de quatre installations de R&D aux États-Unis, en Chine, au Japon et en Corée du Sud, ainsi que de trois usines de fabrication en Corée du Sud et en Chine, toutes axées sur la production et l'ingénierie de batteries lithium-ion.

Les cellules de batterie LG Chem ont un noyau laminé de forme rectangulaire. Des efforts sont faits pour maximiser l'espace central des cellules et minimiser la stratification. D’ici 2020, ils espèrent améliorer considérablement leur rapport actuel de 1:3 pour augmenter le noyau de la cellule et minimiser davantage le laminage. Le facteur de forme chimique de LG est en forme de pochette. Il existe des avantages et des inconvénients aux différents facteurs de forme des cellules et certains OEM sont plus fidèles à une forme qu'à l'autre. Pour les électriques hybrides, Ford utilise la chimie de Panasonic et elle est cylindrique. Mais, en ce qui concerne les batteries électriques, elles utilisent une chimie et un facteur de forme complètement différents de ceux de LG Chem. En ce qui concerne les électrolytes, certains pensent que l’entreprise adoptera un type solide, bien qu’il soit possible que des électrolytes de type gel soient utilisés.

L'entreprise est confiante dans sa lecture du marché et dans le potentiel de croissance des batteries 12-48 volts. LG Chem développe une technologie pour être compétitif dans ce domaine. Ils entretiennent également de bonnes synergies avec des entreprises telles que Samsung et Panasonic, ce qui leur permet de travailler avec les gouvernements pour piloter la technologie des batteries en ce qui concerne la chimie et l'emballage, ce qui peut réduire les coûts. Certains pensent que la batterie 12 volts la moins chère en 2022 coûtera entre 170 et 180 euros.

Une nouvelle usine de batteries pour voitures électriques s'installe à Nanjing, en Chine, pour répondre à une demande croissante sur le plus grand marché automobile au monde. L'usine de Nanjing, dont l'achèvement est prévu d'ici fin 2015, desservira les constructeurs automobiles chinois SAIC, Qoros et d'autres. Récemment, LG Chem s'est associé à des entreprises publiques chinoises, Nanjing Zijin Technology Incubation Special Park Construction Development Co, Ltd. et Nanjing New Industrial Investment Group Ltd. Ensemble, ils fabriqueront des batteries pour véhicules électriques. LG a investi massivement dans l'entreprise et projette d'atteindre $1T de revenus gagnés d'ici 2020.

LG Chemical, comme 3M et Panasonic, souhaite introduire sur le marché des batteries dotées d'anodes à base de silicium, et pourrait s'avérer être un concurrent féroce. Le NCA (Nickel Cobalt Aluminium) sera probablement l’un des matériaux adoptés pour la cathode. De nombreuses entreprises souhaitent concéder sous licence les technologies issues des laboratoires universitaires et subventionnés par le gouvernement. Des entreprises comme Amprius ont développé des technologies similaires et souhaitent explorer de nombreuses voies permettant d’incorporer du silicium dans les batteries. Des conflits de brevets surgiront certainement à mesure que les entreprises, grandes et petites, se positionneront pour dominer ce champ de bataille aux enjeux élevés en matière de batteries.

Contrôles Johnson

Premier fabricant de batteries au monde, avec 15 000 employés répartis dans 50 sites à travers le monde, Johnson Controls fournit chaque année un tiers (plus de 140 millions) des batteries du secteur aux constructeurs automobiles et aux détaillants. Cela inclut les batteries des véhicules hybrides et électriques. Johnson Controls a développé sa chimie de batterie NMC dans le but de remporter certains des plus grands contrats automobiles au monde, même s'il s'est montré réticent à construire des usines spécifiquement pour servir le marché des batteries pour véhicules électriques. AESC, un effort de collaboration avec Nissan Motor Company et NEC, est le seul fabricant de cellules Li-ion appartenant directement à un constructeur automobile. L'entreprise a fabriqué une énorme quantité de batteries, notamment pour la Nissan Leaf.

En 2012, Johnson Controls a acquis A123 Systems, pour $125M. Ces actifs comprenaient des produits et des contrats existants, la technologie des batteries lithium-ion, des usines dans le Michigan, des usines de rayons cathodiques en Chine et des participations dans une entreprise chinoise de batteries. L’entreprise a finalement été contrainte de se mettre sous la protection de la loi sur les faillites.

Depuis lors, Johnson Controls n’a cessé de prospérer. Les projections pour 2015 prévoient que la société anticipe des marges bénéficiaires élevées avec de grandes opportunités de croissance continue en Chine, où elle a fabriqué plus de $8B en 2014. Johnson Controls a récemment ouvert une nouvelle usine de batteries $154M, de 133 000 pieds carrés, dans la ville de Chongqing, où elle prévoit fabriquer des batteries. jusqu'à 6 millions de batteries par an.

Constructeurs automobiles

Récemment, Volkswagen s'est associé à Sanyo pour développer une batterie qui pourrait potentiellement fournir quatre fois la puissance précédemment disponible. Développé à partir de la technologie Volkswagen, il pourrait potentiellement fournir 80 kWh. Les initiés pensent qu’il s’agit d’une unité lithium-air aux premiers stades de développement.

On estime que Tesla consommera deux milliards de cellules Li-ion d’ici 2017. Les Model S et Model X utilisent la cellule 18650. Avec la plus grosse batterie d’une voiture électrique (85 kWh), la Model S offre la plus longue autonomie. Le groupe motopropulseur utilise le système Li-ion NMC de Johnson Control, que l'on retrouve également dans les vélos électriques, les appareils militaires et médicaux et les outils électriques. D’ici 2020, Tesla pourrait recourir à l’électronique de puissance en carbure de silicium pour réaliser des économies. Matériau à large bande interdite, le carbure de silicium est plus efficace et pourrait entraîner des économies d'énergie allant jusqu'à 20% pour la Model S. Cela se traduit par une économie potentielle de $6 000 en termes de réduction des coûts de la batterie.

Moteurs généraux travaille avec l’Electric Power Research Institute et 15 autres services publics pour créer un système de recharge « intelligent » pour véhicules rechargeables. BMW, Honda, Mitsubishi, Ford, Toyota, Mercedes-Benz et Chrysler font également partie de ce consortium. Le concept global est de mettre en place un système de « recharge à la demande » qui permet aux services publics et aux plug-ins de communiquer afin que pendant les heures de pointe, la recharge des véhicules soit réduite, réduisant ainsi les dépenses énergétiques. Ce système est nécessaire car le nombre de véhicules rechargeables sur les routes augmente régulièrement. Les constructeurs automobiles espèrent créer une plate-forme ouverte compatible avec n’importe lequel de leurs véhicules rechargeables.

BMW propose une multitude d'options de recharge pour ses modèles existants, notamment les chargeurs rapides SAE Combo et les ports de recharge solaires. Lors d'une récente conférence plug-in à San Jose, en Californie, BMW a présenté une nouvelle unité de charge rapide iDC et ce qu'ils appellent le programme ChargeNow DC Fast. Le chargeur rapide iDC de BMW est plus petit et moins cher que les autres de sa catégorie. Un connecteur combiné le rend compatible avec VW, Chevy, Ford et autres véhicules électriques. Le chargeur rapide iDC amène un véhicule à 80% plein en 30 minutes environ. Les chargeurs sont accessibles via les cartes ChargePoint ou ChargeNow. BMW offrira aux conducteurs une recharge gratuite jusqu'à la fin de l'année 2015 dans les stations NRG eVgo Freedom participantes, à condition qu'ils utilisent initialement la carte d'ici la fin de l'année 2014. 50 de ces chargeurs seront disponibles en Californie d'ici 2016.

Toyota étudie actuellement les possibilités de batteries à semi-conducteurs ainsi que les technologies lithium-air et prévoit à long terme de passer du lithium-ion d'ici 2020. De plus, le constructeur automobile présentera bientôt la Mirai au Japon, un véhicule électrique alimenté par une pile à combustible à hydrogène. .

Nissan a travaillé avec de grandes universités japonaises pour développer une méthode d'analyse permettant d'observer directement l'activité électronique dans le matériau cathodique des batteries lithium-ion pendant leur charge et leur décharge. Potentiellement, cela pourrait conduire à la création de batteries durables et de grande capacité qui pourraient contribuer à étendre l’autonomie des véhicules électriques à zéro émission. La nouvelle méthode d'analyse combine la spectroscopie d'absorption des rayons X qui utilise les bords d'absorption L et le premier calcul principal du superordinateur japonais Earth Simulator. Des matériaux riches en lithium sont en cours d'analyse et promettent d'augmenter la densité énergétique jusqu'à 50%. Il a été noté que dans un état de potentiel élevé, les électrons de l’oxygène étaient actifs pendant la charge. Parallèlement, les électrons du manganèse étaient actifs pendant la réaction de décharge. Nissan considère qu'il s'agit d'un grand pas en avant vers le développement éventuel de matériaux d'électrodes riches en lithium, capables de produire des batteries de grande capacité et ayant une durée de vie plus longue.

Conseil en batterie lithium-ion

Batteries lithium-ion : problèmes de sécurité, politiques et de brevets

Des problèmes de sécurité

Malgré le succès des batteries lithium-ion sur le marché mondial, des problèmes de sécurité sont apparus concernant les batteries elles-mêmes. Par exemple, en 2006, Sony a été contraint de rappeler des batteries 6M dont le taux de défaillance était de 1 : 200 000. Sony a déclaré que des particules métalliques microscopiques pourraient potentiellement entrer en contact avec les cellules de la batterie, provoquant ainsi des courts-circuits et un incendie. Ce taux a depuis été réduit à 1 : 10 000 000. Les incendies d’entrepôts ne seraient pas considérés comme rares. Des inquiétudes ont également été soulevées concernant un démontage rapide et un éventuel court-circuit interne.

La Chevrolet Volt a eu des problèmes d'incendie associés aux batteries lithium-ion. Un pack qui avait été testé par la NHTSA a ensuite pris feu dans une zone de stockage quelques semaines après les tests initiaux. Des tests supplémentaires ont recréé le scénario et d'autres incendies se sont produits. Les responsables de GM et de la NHTSA ont été interrogés par des membres du Congrès américain sur les raisons pour lesquelles la NHSTA n'a signalé les incidents que cinq mois après leur survenue.

Problèmes politiques

L’intervention et la réglementation gouvernementales affectent souvent les progrès de l’industrie des batteries hybrides/électriques. La technologie verte elle-même constitue souvent un problème entre ceux qui sont attachés à l’économie énergétique basée sur le pétrole et ceux qui cherchent à promouvoir des programmes environnementaux plus progressistes.

La Chine a une politique nationale visant à promouvoir les véhicules électriques, même si elle n’a pas eu autant de succès qu’espéré. Certains pensent que si les gouvernements décidaient d’accroître la pression pour qu’un plus grand nombre de véhicules électriques circulent, ils pourraient y parvenir grâce à des taxes et à des incitations attractives. Un bon équilibre économique et des programmes d'incitation sont nécessaires pour promouvoir les ventes plus élevées qu'ils souhaitent.

Le Département américain de l'énergie (DOE) souhaite réduire de moitié les importations de pétrole d'ici 2020. Il souhaite également que les émissions automobiles soient inférieures de 17% à celles de 2005. À cette fin, il s'intéresse aux piles à combustible à hydrogène, à la mise à niveau des batteries et à l'électrification des véhicules. l'innovation et les biocarburants pour soutenir leur cause. Tout est prévu dans leur Plan stratégique 2014-2018 document, récemment publié par le DOE. Pour cette raison, de nombreuses entreprises peuvent s’attendre à ce qu’un financement gouvernemental les aide à atteindre ces objectifs. Dans le cadre du plan quinquennal du DOE, on espère que les énergies renouvelables telles que l'éolien, le solaire et la géothermie pourront doubler leur production dans le délai imparti, conduisant ainsi à d'inévitables partenariats public-privé.

Le fisc arrive… Mark Gottleib, secrétaire aux Transports de l'État du Wisconsin, a demandé instamment qu'il y ait des frais d'immatriculation $50 pour les propriétaires de véhicules hybrides et électriques. Cela fait partie de sa demande de budget du 14 novembre 2014. Le secrétaire Gottleib estime que ces propriétaires devraient « payer leur juste part des coûts d’exploitation de notre infrastructure ». S'il avait le feu vert, le Wisconsin rejoindrait cinq autres États américains (Caroline du Nord, Nebraska, Colorado, Virginie, Washington) qui ont imposé des frais aux propriétaires de voitures vertes pour récupérer les revenus des taxes sur l'essence que ces conducteurs ne paieraient pas autrement. Certains, cependant, estiment que la taxe proposée pénalise simplement les conducteurs qui ne consomment pas autant de pétrole.

Il y a eu une compétition animée pour attirer l'usine de batteries Giga $5B d'Elon Musk en Arizona, au Texas, au Nevada ou au Nouveau-Mexique. L’enjeu était estimé à des milliards de dollars d’investissements directs et à la création de 6 500 nouveaux emplois. Comme appât, les politiciens courtisants utilisaient des promesses et l'argent des contribuables. Pour compliquer les choses, de nombreux États américains ont lancé des efforts législatifs pour empêcher Tesla de vendre directement à leurs clients. Le Minnesota et le Massachusetts se sont montrés favorables à Tesla, mais New York, l’Ohio et le New Jersey ont fait preuve d’une résistance visible.

Le gouverneur du Texas, Rick Perry, bénéficiaire de plus de $300K en contributions politiques de la part des concessionnaires automobiles, est allé jusqu'à conduire une Tesla Model S à Sacramento en juin dernier dans le cadre d'un coup politique visant à impressionner Tesla. Cela n'a pas fonctionné. Finalement, l'État du Nevada a remporté le prix en septembre 2014 et abritera la nouvelle Giga Factory de Tesla. L'État aurait été choisi en raison de sa proximité avec l'usine californienne de Tesla et les mines de lithium du Nevada. Un programme d'incitation $1.25B n'a certainement pas nui aux efforts de persuasion du Nevada.

En Californie, les agences d'État élaborent des initiatives visant à amener 1,5 million de véhicules zéro émission sur les autoroutes de l'État d'ici 2025. Récemment, la Commission de l'énergie de Californie a voté en faveur de l'utilisation de près de $50M pour 28 stations de ravitaillement en hydrogène et un ravitailleur mobile d'ici la fin 2015.

Bornes de recharge – Établir une infrastructure

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« L’anxiété liée à l’autonomie » fait hésiter les acheteurs potentiels de véhicules écologiques en raison des courtes distances qu’ils peuvent parcourir avant d’avoir besoin d’une recharge. Au-delà de cela, se pose la question de savoir où recharger son hybride/électrique. À mesure que l’industrie évolue et se développe, une infrastructure de bornes de recharge sera nécessaire pour répondre à la demande d’un nombre croissant de véhicules électriques sur la route.

Aujourd’hui, la plupart des bornes de recharge sont situées à proximité des grandes villes. On estime qu’il existe quelques milliers de stations de ce type dans le monde. La plupart conviennent qu'un certain afflux d'argent du secteur privé sera nécessaire pour développer les infrastructures et encourager davantage l'achat de véhicules électriques. Ce besoin est d'autant plus grand qu'à l'heure actuelle, les véhicules électriques ont une autonomie plutôt limitée. Les conducteurs de véhicules verts réclameront sûrement également des temps de recharge plus rapides.

On s'attend à ce que le marché de la recharge double chaque année jusqu'en 2020. La recharge sans fil nouvellement développée rendra les choses plus simples, permettant aux conducteurs de se garer via des capteurs au sol et de recharger leur véhicule facilement et rapidement, sans aucun fil connecté. On sait que dix constructeurs automobiles testent des systèmes sans fil et nombre d’entre eux intégreront des systèmes de recharge sans fil dans leurs véhicules. Volkswagen pourrait avoir un système inductif en place d'ici 2017. D'ici la fin de la décennie, les ventes d'unités de recharge sans fil pourraient dépasser 350 000.

Evatran, une entreprise qui a travaillé avec Duke Energy, Hertz et Google, est la première entreprise à obtenir la certification ETL pour son système sans fil Plugless L2. Compatible avec le plug-in à portée étendue Chevy Volt et la batterie/électrique Nissan Leaf, le système d'Evatran utilise des champs magnétiques et une puissance inductive pour charger un adaptateur intégré à partir d'un tapis de sol. Aucun incident de sécurité n'a été signalé jusqu'à présent.

Problèmes de brevets

Depuis l'avènement de la chimie des batteries à hydrure de nickel au début des années 90 ; chimie qui fait partie intégrante du développement des véhicules hybrides d'aujourd'hui, des conjectures ont été émises selon lesquelles le Consortium américain des batteries automobiles aurait été utilisé par l'industrie automobile pour contrecarrer la technologie et le développement des voitures électriques. Une manière d’y parvenir serait de ne pas permettre que la connaissance des brevets applicables soit mise à la disposition du public. Les brevets en question seraient ceux du fondateur d'Ovonics, Stan Ovshinsky. Il a affirmé que l’industrie automobile avait laissé entendre à tort que la technologie NiMH n’était pas encore prête. En 1994, GM a pris une participation majoritaire dans Ovonics et des brevets concernant la fabrication de grandes batteries à hydrure métallique de nickel. Plus tard encore, en 2001, Texaco a racheté la part de GM dans Ovonics, puis Chevron a acquis Texaco. L'intrigue s'est épaissie.

En 2003, Texaco Ovonics est devenu Cobasys avec Energy Conversion Devices Ovonics. Chevron détenait une participation de 19,991 TP3T dans ECD Ovonics et disposait d'un droit de veto sur toute licence ou vente de technologie NiMH. Chevron estimait également qu'elle avait droit aux droits de propriété intellectuelle de Cobasys si ECD Ovonics manquait à ses obligations contractuelles. Chevron refusait-il l'accès aux grosses batteries NiMH en contrôlant les licences de brevets afin de limiter la concurrence ? Ovshinsky a estimé qu'ECD Ovonics avait eu tort de se lancer en affaires avec une compagnie pétrolière qui avait l'intention de les mettre en faillite.

Ailleurs, Envia Systems a été poursuivi en justice par d'anciens dirigeants qui estimaient que l'entreprise avait mal utilisé sa technologie et avait présenté à tort la technologie d'une autre entreprise comme étant la sienne. Tout cela dans le but de fournir à GM une batterie à haute densité énergétique.

Tesla a récemment fait l'actualité en ouvrant ses brevets à tous les preneurs. Certains investisseurs et passionnés de véhicules électriques ont accueilli la nouvelle chaleureusement, tandis que d’autres ont haussé les épaules. Certains ont avancé qu’un brevet, en soi, ne fournit qu’une quantité limitée d’informations. De plus, ils peuvent rapidement devenir obsolètes à mesure que de nouveaux produits et technologies émergent. Malgré la réponse mitigée à l'offre de Tesla, des rumeurs circulent selon lesquelles Nissan et BMW auraient eu des réunions clandestines avec Tesla en juin 2014 pour discuter de la technologie de recharge. BMW confirme cette rencontre. Honda et GM ont exprimé peu d'intérêt pour l'offre d'Elon Musk. Toyota, Chrysler et Ford sont restés silencieux sur la question. Mahindra examinerait les brevets de Tesla pour voir si des applications pourraient être bénéfiques dans le cadre du développement d'une berline électrique Vento au Bhoutan.

Des progrès en matière de technologie et de performances des batteries continueront d’émerger dans les années à venir, pour répondre aux besoins économiques des secteurs privé et commercial. Les réglementations environnementales créeront des défis pour les fabricants qui luttent pour répondre aux exigences réglementaires tout en offrant une autonomie et une fiabilité accrues pour les véhicules électriques et hybrides rechargeables. Inévitablement, l’hybride et l’électrique sont là pour rester, et la bataille pour l’avenir de la batterie va se poursuivre. Seuls les plus forts et les plus innovants survivront, et beaucoup seront laissés de côté, mais les possibilités de ce qui nous attend d'ici 2020… 2030… et au-delà enflamment l'imagination des meilleurs esprits et visionnaires de l'industrie. Ils réaliseront des avancées qui rendront notre avenir alimenté par batterie le meilleur possible.

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Étude de marché sur le lithium des batteries Li-ion