Les batteries de voitures électriques : comprendre les différentes technologies

Les batteries de voitures électriques sont au cœur de la transition vers une mobilité plus durable. Avec l'évolution rapide des technologies, il est essentiel de bien comprendre les différentes options disponibles pour faire le meilleur choix en fonction de ses besoins professionnels. Quelles sont les caractéristiques clés des batteries lithium-ion, LFP, solides ou sodium-ion ? Découvrons ensemble les atouts et les limites de chaque technologie.

L'évolution des batteries depuis l'invention du plomb

Des batteries au plomb aux alternatives modernes

Il y a 160 ans, le physicien français Gaston Planté inventait la première batterie rechargeable au plomb. Cette invention a ouvert la voie à l'électrification des transports, permettant notamment au véhicule électrique « La Jamais contente » de dépasser les 100 km/h dès 1899, avant même les véhicules thermiques. Cependant, malgré leur coût abordable et leur facilité de production et de recyclage, les batteries au plomb ont une capacité limitée par rapport à leur poids. Elles ne sont donc plus utilisées pour la traction des véhicules électriques modernes.

D'autres technologies ont ensuite émergé, comme les batteries nickel-cadmium (NiCd) offrant une meilleure densité de stockage et une durée de vie supérieure. Toutefois, elles souffraient de l'effet mémoire qui réduisait leur capacité si elles n'étaient pas complètement déchargées avant la recharge. De plus, la toxicité du cadmium a conduit à leur interdiction. Les batteries nickel-métal-hydrure (NiMH), sans métaux lourds, ont dominé le marché des véhicules hybrides jusqu'à l'avènement du lithium-ion, grâce notamment à leur coût plus accessible.

La quête de la batterie idéale alliant performance et durabilité

Aujourd'hui, la recherche se poursuit pour développer la batterie idéale alliant performance, autonomie et faible impact environnemental. Le lithium-ion s'est imposé comme la technologie de référence grâce à sa densité d'énergie élevée, sa longue durée de vie et l'absence d'effet mémoire. Des constructeurs comme Renault l'utilisent en l'intégrant dans une économie circulaire. Cependant, des innovations comme les batteries tout-solide ou les batteries sodium-ion apporteront de nouvelles options dans le futur.

Les batteries solides, en remplaçant l'électrolyte liquide par un matériau solide, promettent d'améliorer encore la densité énergétique, la stabilité et la gestion thermique. Mais elles n'en sont encore qu'au stade de prototype. Le sodium, bien plus abondant et moins cher que le lithium, pourrait quant à lui réduire les coûts et l'impact environnemental, malgré une densité moindre. Les premières voitures équipées de batteries sodium-ion commencent d'ailleurs à arriver sur le marché.

Pour les professionnels soucieux d'adopter une mobilité électrique flexible et responsable, il est essentiel de bien comprendre les caractéristiques de chaque technologie afin de choisir celle qui correspond le mieux à leurs besoins spécifiques. Opter pour un fournisseur proposant un accompagnement personnalisé et une large gamme de solutions permettra d'optimiser ses déplacements professionnels tout en réduisant son empreinte carbone.

Saviez-vous que près de la moitié du coût total d'un véhicule électrique pour le constructeur est lié à la batterie ?

Les avantages et inconvénients des batteries lithium-ion

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Privilégier les batteries NMC pour puissance et autonomie

Les batteries lithium-ion offrent une excellente densité énergétique et une grande précision de charge, ce qui les rend idéales pour les véhicules électriques, en particulier les modèles haut de gamme ou sportifs. Les cellules de type NMC (nickel-manganèse-cobalt) ou NCA (nickel-cobalt-aluminium) sont performantes grâce à l'utilisation de cobalt.

Cependant, ce métal pose des questions éthiques et économiques. En effet, le cobalt est environ 2 fois plus cher que le nickel, 15 fois plus que l'aluminium et jusqu'à 1000 fois plus que le manganèse. De plus, son extraction, souvent réalisée dans des conditions douteuses en République Démocratique du Congo, soulève des problèmes de respect des droits humains. C'est pourquoi de nombreux constructeurs cherchent à réduire la proportion de cobalt dans leurs batteries, voire à l'éliminer complètement.

Les débats éthiques et économiques autour du cobalt

Opter pour une batterie NMC ou NCA reste un choix pertinent pour les professionnels ayant besoin d'un véhicule électrique puissant et doté d'une grande autonomie. Néanmoins, il est important d'être conscient des enjeux liés au cobalt et de s'orienter vers des fournisseurs engagés dans un approvisionnement responsable et traçable de ce métal.

Des alternatives comme les batteries LFP (lithium-fer-phosphate), sans cobalt, se développent pour proposer une option plus éthique et abordable, même si elles offrent une densité énergétique moindre à ce stade. Il est donc essentiel de bien évaluer ses besoins réels en termes de puissance et d'autonomie avant de choisir la technologie de batterie la plus adaptée à son usage professionnel.

Par exemple, pour un commercial amené à faire de longs trajets autoroutiers, privilégier une batterie NMC haute capacité sera judicieux. En revanche, pour un artisan intervenant principalement en zone urbaine, une batterie LFP pourrait suffire, tout en réduisant le coût d'abonnement et l'impact environnemental.

Les batteries LFP : une alternative économique

Avantages du LFP : longévité, sécurité et charge à 100%

Les batteries LFP (lithium-fer-phosphate) présentent de nombreux atouts pour une mobilité électrique professionnelle abordable et durable. Tout d'abord, elles offrent une excellente longévité. Les cellules LFP peuvent supporter environ 4 fois plus de cycles de décharge que les cellules NMC ou NCA avant d'être considérées comme hors d'usage. Cela signifie une durée de vie plus longue pour la batterie et donc pour le véhicule.

Ensuite, la technologie LFP est réputée plus sûre car moins sujette aux emballements thermiques. Elle permet également de charger la batterie à 100% quotidiennement sans risquer de la dégrader prématurément, contrairement aux autres chimies qui recommandent souvent de limiter la charge à 80-90% pour préserver la durée de vie. Cette capacité à être chargée à 100% compense en partie la densité énergétique plus faible du LFP.

Pour une TPE spécialisée dans la livraison de repas à domicile, opter pour une flotte de véhicules équipés de batteries LFP permettra de réduire significativement le coût d'exploitation grâce à leur durabilité. De plus, la possibilité de les recharger à 100% assurera une autonomie suffisante pour les tournées quotidiennes, sans crainte de dégradation prématurée.

Inconvénients : densité moindre, poids et sensibilité au froid

La densité énergétique inférieure des cellules LFP par rapport aux technologies NMC ou NCA constitue leur principal inconvénient. À capacité égale, une batterie LFP sera donc plus volumineuse et plus lourde. Par exemple, sur une Tesla Model 3, la batterie LFP de 60 kWh ne pèse que 5% de moins que la version NCA de 79 kWh, alors qu'elle offre 25% d'énergie en moins. Cela peut avoir un impact sur l'autonomie et les performances du véhicule.

De plus, les batteries LFP sont connues pour être plus sensibles au froid, ce qui peut réduire temporairement leur capacité par temps hivernal. Cependant, des progrès ont été réalisés ces dernières années pour atténuer cet effet. Malgré ces limitations, le LFP reste une option pertinente pour les professionnels recherchant un véhicule électrique abordable, endurant et sûr, en particulier pour des usages urbains ou péri-urbains ne nécessitant pas une autonomie maximale.

Un entrepreneur individuel en dépannage informatique, basé dans le sud de la France, pourrait ainsi opter sans crainte pour une solution LFP. Le climat clément de sa région limitera l'impact des basses températures sur la batterie, tandis que sa zone d'intervention principalement locale ne nécessitera pas une autonomie extrême.

Selon Ford, utiliser une batterie LFP plutôt que NMC/NCA permet une réduction des coûts de 30 à 40% pour les fabricants.

L'avenir prometteur des batteries solides

Batteries solides et semi-solides : des prototypes encourageants

Les batteries solides et semi-solides représentent une piste prometteuse pour améliorer encore les performances des véhicules électriques. Le principe consiste à remplacer l'électrolyte liquide, présent dans les batteries lithium-ion classiques, par un matériau solide. Cela permet d'accroître la densité énergétique, d'améliorer la stabilité et la sécurité, et de simplifier le système de gestion thermique de la batterie.

Plusieurs prototypes encourageants ont déjà été présentés par des start-up comme QuantumScape ou ProLogium, ainsi que par des géants de l'automobile tels que Toyota ou Volkswagen. Les résultats des tests montrent une augmentation de l'autonomie, une recharge plus rapide et une meilleure tenue dans le temps. Cependant, la production à grande échelle de ces batteries nouvelle génération reste un défi, notamment en termes de coûts.

Pour une startup spécialisée dans les services de mobilité partagée, s'orienter dès à présent vers des batteries solides pourrait lui conférer un avantage concurrentiel décisif. En effet, proposer des véhicules dotés d'une autonomie supérieure, se rechargeant plus vite et nécessitant moins de maintenance représenterait un argument de poids pour séduire les utilisateurs et optimiser la gestion de sa flotte.

Vers une intégration optimisée et des designs innovants

Outre les gains de performances, les batteries solides pourraient ouvrir la voie à des designs de véhicules innovants. En effet, leur stabilité approfondie offre plus de liberté aux ingénieurs pour intégrer la batterie de manière optimale au châssis, sans compromettre la sécurité. On peut imaginer des formes de batteries épousant parfaitement les contours du véhicule, permettant de libérer de l'espace à bord ou d'améliorer l'aérodynamisme.

Cette intégration repensée pourrait également faciliter l'échange standard de la batterie pour simplement "faire le plein" d'énergie en quelques minutes. Même si cette approche semble avoir été écartée pour les batteries lithium-ion classiques, la solidité des batteries solides pourrait changer la donne. Les professionnels pourraient ainsi bénéficier d'une mobilité électrique plus pratique, avec une immobilisation minimale de leur véhicule pour la recharge.

Prenons l'exemple d'un réseau de franchise de services à la personne. Grâce à des véhicules équipés de batteries solides facilement interchangeables, les franchisés pourraient optimiser les tournées de leurs intervenants. Plutôt que d'immobiliser un véhicule pour la recharge, il suffirait de remplacer la batterie vide par une pleine en quelques instants, maximisant ainsi le temps d'utilisation et la productivité.

Les batteries sodium-ion : vers une mobilité plus durable

Les atouts du sodium face au lithium

Face aux défis d'approvisionnement et de coût du lithium, une ressource inégalement répartie sur la planète, le sodium apparaît comme une alternative d'avenir. Cet élément est en effet 300 à 1000 fois plus abondant que le lithium sur Terre et largement disponible. Cela se traduit par des coûts nettement inférieurs pour la production de batteries sodium-ion par rapport aux batteries lithium-ion.

Au-delà de l'aspect économique, les batteries sodium-ion présentent aussi des avantages environnementaux. L'extraction du sodium, réalisée à partir de sel ou d'argile, est moins énergivore et moins polluante que celle du lithium. De plus, les batteries sodium-ion ne contiennent pas de cobalt, de nickel ou de manganèse, des métaux dont l'approvisionnement pose des problèmes éthiques et géopolitiques.

Pour une PME soucieuse de son impact environnemental, opter pour des véhicules équipés de batteries sodium-ion serait un choix cohérent avec ses valeurs. Cela lui permettrait de réduire son empreinte carbone globale, tout en soutenant le développement d'une filière plus durable et responsable.

Les premiers véhicules à batteries sodium-ion arrivent

Si les batteries sodium-ion ont une densité énergétique inférieure d'environ 20% à celle des batteries lithium-ion actuelles, elles compensent par une excellente stabilité, une grande sécurité et une recharge rapide. Plusieurs constructeurs et équipementiers automobiles travaillent activement au développement de cette technologie.

Le groupe indien Tata Motors a déjà présenté un prototype de véhicule utilitaire électrique équipé d'une batterie sodium-ion. Le géant chinois CATL, leader mondial des batteries pour véhicules électriques, prévoit de lancer sa première génération de batteries sodium-ion dès 2023. De son côté, le fabricant américain Natron Energy a signé un partenariat avec le constructeur automobile vietnamien VinFast pour fournir des batteries sodium-ion destinées à des scooters et des véhicules.

Quelles sont les différences en matière de recharge ?

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Au-delà de la densité énergétique et des coûts de production, les différentes chimies lithium-ion présentent des comportements distincts lors de la recharge. Les électrolytes des batteries lithium-ion restent stables jusqu'à environ 4,2 volts. Pour une batterie NMC, la charge atteint cette limite de 4,2 volts, ce qui peut entraîner une oxydation de l’électrolyte et accélérer le vieillissement de la batterie. Ainsi, il est recommandé d’éviter de charger une batterie NMC à 100% trop fréquemment et de privilégier une charge entre 20% et 80%.

Pour les batteries LFP, la situation est légèrement différente : la charge maximale se situe autour de 3,7 volts, éliminant le risque d’instabilité de l’électrolyte à la fin de la charge. En général, il est préférable d'éviter les charges complètes trop fréquentes pour toute batterie lithium-ion. Toutefois, pour les batteries LFP, cet usage impacte moins la durée de vie.

Les technologies de batteries pour véhicules électriques, comme le lithium-ion et ses variantes NMC, NCA et LFP, évoluent constamment pour optimiser le compromis entre performances, coûts, longévité et impact environnemental. L'électronique embarquée, les systèmes de gestion thermique et les BMS jouent un rôle clé pour tirer le meilleur parti de chaque chimie selon l'usage.

En proposant un large choix de véhicules dotés des dernières avancées en matière de batteries, combiné à des services tout compris et une expertise pointue, Evera accompagne les professionnels vers une mobilité électrique responsable et sereine. L'engagement de Evera dans l'économie circulaire, à travers le reconditionnement et le recyclage des batteries, s'inscrit pleinement dans cette démarche.

Face aux défis climatiques et économiques, comment les innovations dans le domaine des batteries vont-elles façonner l'avenir de la mobilité électrique pour les entreprises dans les années à venir ?

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