Pourquoi c’est important : il semble souvent que la technologie des batteries n’ait pas suivi les progrès de la puissance de calcul pour les minuscules puces qui alimentent les appareils mobiles. En effet, rendre les batteries moins chères et plus faciles à fabriquer a été un problème beaucoup plus facile à résoudre que d’améliorer leur densité énergétique, leur temps de charge, leur endurance à une charge et une décharge constantes, tout en garantissant qu’elles restent relativement sûres pendant le fonctionnement. Les nouvelles de percées vont et viennent, mais nous en avons maintenant une qui en fait un produit réel, gracieuseté de Sila Nanotechnologies.
Cette semaine, la société de suivi de la condition physique Whoop a dévoilé un nouveau dispositif portable qui regroupe de nombreux circuits et capteurs dans un tout petit boîtier que vous pouvez porter confortablement à votre poignet. Il s’agit d’un kit impressionnant axé sur la collecte de mesures sur votre fréquence cardiaque, votre activité sportive, vos performances de sommeil, la température de la peau, les niveaux d’oxygène dans le sang, etc. Mais ce qui rend cet appareil encore plus impressionnant, c’est qu’il est 33 % plus petit en volume que son prédécesseur tout en pouvant tenir cinq jours avant de devoir être rechargé.
Ce qui a rendu cela possible peut sembler un simple changement, mais c’est en fait le résultat de dix années de travail ardu d’une startup appelée Sila Nanotechnologies, fondée par l’un des premiers employés de Tesla, Gene Berdichevsky. La société basée à Alameda est soutenue par BMW et Daimler et travaille depuis 2011 à la recherche d’un meilleur matériau d’anode pour les batteries qui améliorerait leurs caractéristiques.
Ce matériau est le silicium, dont les atomes ont théoriquement le potentiel de contenir dix fois plus d’électrons que le graphite, qui est un matériau d’anode couramment utilisé. Mais comme d’autres entreprises recherchant du silicium pour une utilisation dans les anodes l’ont découvert au fil des ans, ce n’est pas facile à mettre en pratique, car les ingénieurs ont dû ajouter de la complexité à la conception traditionnelle des batteries au lithium pour atténuer les problèmes de sécurité et de longévité.
Le principal défi avec le silicium est que pendant la charge, il se dilate à plus de trois fois la taille d’origine en raison de la réaction avec le lithium, puis se contracte également plus de trois fois pendant la décharge, ce qui pose de grands risques pour l’intégrité structurelle de la batterie . Pour référence, le graphite ne se dilate qu’environ sept pour cent avec la charge et se contracte de sept pour cent avec la décharge.
Les fabricants de batteries tels que Panasonic ont essayé de résoudre ce problème de différentes manières, principalement en ajoutant de petites quantités de silicium dans le mélange d’anodes – généralement 3 à 5 %, mais jamais plus de 10 %. Les entreprises qui ont essayé de fabriquer des anodes en nano silicium pur ont découvert que les batteries résultantes ne durent pas plus de 100 cycles de charge-décharge sans des mesures d’atténuation coûteuses qui rendraient la fabrication de masse irréalisable d’un point de vue financier. Des startups comme XNRGI qui gravent des batteries sur des plaquettes de silicium en sont un bon exemple.
Sila dit qu’il a trouvé un moyen de remplacer finalement entièrement le graphite et de permettre une densité d’énergie jusqu’à 20 % plus élevée tout en utilisant les techniques de fabrication de batteries existantes. C’est l’un des principaux avantages de l’anode en silicium de Sila, ainsi que le fait que les matières premières nécessaires sont largement disponibles et donc moins sujettes aux pénuries d’approvisionnement mondiales.
Tout cela est rendu possible grâce à une structure de particules d’ingénierie qui permet au silicium de se dilater à l’intérieur tout en gardant l’électrolyte à l’extérieur. À son tour, la batterie peut désormais être cyclée des milliers de fois sans poser de problèmes de sécurité. Berdichevsky dit que l’anode de la batterie de Whoop 4.0 peut durer plus de 500 cycles de charge-décharge complets, ce qui se traduit par plusieurs années d’utilisation normale.
Ce n’est que le début, cependant, car cette batterie n’a qu’une anode contenant 25 % de silicium, il y a donc encore beaucoup de place pour l’amélioration. Le lancement de la technologie à l’intérieur d’un petit portable peut ne pas sembler grand-chose, mais Berdichevsky est convaincu que cela va progressivement « s’étendre et conduire à l’électrification de tout ». Selon lui, « vous pouvez traduire ce succès avec Whoop en voitures de plusieurs manières », par exemple en faisant des berlines compactes abordables avec une autonomie de 400 milles une réalité à l’avenir.
Entrer sur le territoire des véhicules électriques nécessite un processus de fabrication hautement évolutif, et la bonne nouvelle est que Sila a intégré cela dans la mission de l’entreprise dès le début. Elle a développé des réacteurs volumétriques qui ont une capacité de production beaucoup plus élevée que les réacteurs planaires. Jusqu’à présent, il a été mis à l’échelle 10 000 fois du laboratoire au dernier réacteur, qui a une capacité de 5 000 litres.
Le plan est d’augmenter cela 100 fois jusqu’à un réacteur suffisamment grand pour faire passer une voiture, ce qui serait suffisant pour produire la grande quantité de batteries nécessaires pour remplir les voitures électriques. Sila envisage également de construire une usine de fabrication plus grande au cours des prochaines années, grâce aux 590 millions de dollars levés plus tôt cette année auprès d’investisseurs.
Nous n’en sommes pas encore là, mais après plus d’une décennie de promesses et de milliards dépensés en recherches qui ne semblaient pas se concrétiser de manière significative, les choses s’annoncent prometteuses pour les batteries qui alimenteront notre avenir électrifié.