L’article suivant est le premier d’une série en deux parties et examine les limites de l’innovation dans les batteries lithium-ion. La deuxième partie de la série déballera l’avenir des chimies de batteries au cours de la prochaine décennie.
Les batteries lithium-ion grand public, qui alimentent aujourd’hui un marché des véhicules électriques en pleine expansion, étaient une proposition coûteuse il y a seulement dix ans. Les packs de batteries lithium-ion coûtaient 1 183 dollars américains par kilowattheure en 2010 ; neuf ans plus tard, le prix avait presque décuplé pour atteindre 156 dollars américains/kWh en 2019, selon les données de BloombergNEF.
Le rythme de la baisse des coûts a pris de court les experts en batteries, y compris l’analyste James Frith, responsable du stockage de l’énergie chez BloombergNEF. « Ils ont baissé plus rapidement que ce que j’avais prévu chaque année », a déclaré Frith. « C’est certainement surprenant. »
Rebecca Ciez, une boursière postdoctorale au Centre Andlinger pour l’énergie et l’environnement de l’Université de Princeton qui fait des recherches sur les coûts des batteries, a approuvé. « La baisse la plus récente est assez spectaculaire », a déclaré Ciez. « C’est surprenant de voir comment le marché a changé si rapidement. »
Les experts ont indiqué que la dynamique d’expansion de la production était une raison de la baisse des prix, ainsi que l’innovation progressive dans la chimie des batteries. Les fabricants se sont détournés de certains ingrédients de batterie plus coûteux, comme le cobalt, alors qu’ils augmentent les conceptions de batteries lourdes en nickel qui sont devenues moins chères à produire à mesure que les usines se développent.
Ciez a noté qu’il y a une décennie, le marché des véhicules électriques commençait tout juste à subir des pressions pour construire des voitures et des camions dans des endroits où les émissions de carbone commençaient à être réglementées, comme en Californie. Il y avait donc ces voitures de conformité pour lesquelles les constructeurs disaient : « OK, nous devons rendre ce RAV4 électrique », a déclaré M. Ciez, en prenant pour exemple une voiture fonctionnant aux combustibles fossiles. « Et donc, ils se contentaient d’assembler un tas de batteries d’ordinateurs portables qui étaient facilement disponibles. »
Depuis lors, le secteur des batteries a fait d’énormes progrès pour faire baisser les coûts, en tordant les matériaux dans les batteries pour utiliser des métaux moins chers et moins éthiquement discutables tout en capturant des économies d’échelle.
100 $US/kWh, c’est le Saint-Graal
Les fabricants se rapprochent d’un point où les véhicules électriques atteindront la parité de coût avec leurs cousins à combustible fossile à environ 100 $US/kWh, ou peut-être un peu moins, selon les experts. Ce prix est largement considéré comme un point de basculement dans le secteur, où les consommateurs ne considéreront plus les véhicules électriques comme des options plus coûteuses.
BloombergNEF prévoit que les coûts des batteries tomberont sous les 100 $ US/kWh en 2024 et atteindront environ 60 $ US/kWh en 2030, a déclaré Frith. De même, les analystes de Bernstein ont prévu que 2024 serait l’année où les véhicules électriques grand public atteindraient la parité des coûts avec les véhicules à essence et diesel, tandis que les leaders du secteur des véhicules électriques pourraient atteindre le même point d’ici 2022 ou 2023.
Bien que cela sera accompli sans innovations majeures dans les batteries lithium-ion, la technologie lithium-ion mature approche rapidement des limites de son amélioration, ont déclaré les experts à S&P Global Market Intelligence. Un chimiste spécialiste des batteries lithium-ion, qui a mené des recherches pour un grand constructeur de véhicules électriques dépendant de cette technologie, a déclaré que les batteries lithium-ion ont commencé à atteindre leur maximum sur certains fronts comme le prix, la densité énergétique et la vitesse de charge.
« Il n’y a pas de coup de pouce géant à venir », a déclaré le chimiste. De son point de vue, des améliorations progressives peuvent suffire à satisfaire les consommateurs, tandis que toute révolution des batteries à partir de technologies non éprouvées reste dans des années.
« Vous pouvez faire très bien avec les batteries lithium-ion aujourd’hui », a-t-il déclaré. « Et en aidant à faire baisser le coût – cela va améliorer la pénétration du marché de l’ensemble de la technologie. »
Venkat Viswanathan, professeur associé au département de génie mécanique de l’Université Carnegie Mellon, a convenu que la technologie approche de ses limites. Il s’attend à ce que les prix des batteries lithium-ion puissent encore baisser d’environ 20 % et 30 %, mais qu’elles ne deviendront probablement pas beaucoup moins chères.
« Nous approchons rapidement des limites des coûts des matières premières », a déclaré Viswanathan.