Le graphène semble prêt à perturber le marché des batteries pour véhicules électriques (VE) d’ici le milieu des années 2030, selon une nouvelle plateforme d’analyse d’intelligence artificielle (IA) qui prédit des avancées technologiques basées sur des données mondiales sur les brevets.
Alors que la transition mondiale vers un système de transport électrifié s’accélère, la recherche de la batterie EV parfaite – offrant l’équilibre idéal entre coût, densité énergétique, sécurité et durabilité environnementale – devient de plus en plus importante. Il existe environ une douzaine de produits chimiques pour batteries en lice pour la domination du marché ; lequel sortira victorieux est la véritable question à mille milliards de dollars. À court terme au moins, les batteries traditionnelles à base de lithium devraient maintenir leur emprise sur le marché, les batteries à base de sodium offrant une alternative bon marché et écologique pour certaines applications, selon une nouvelle étude de Focus, une plateforme d'analyse d'IA qui prédit les percées technologiques basées sur les données mondiales sur les brevets. Ce sont cependant les nouvelles batteries au graphène et à double ion qui risquent de véritablement perturber le marché un jour.
La recherche suggère que les batteries au graphène en particulier apparaîtront entre le début et le milieu des années 2030 pour concurrencer leurs homologues au lithium pour la couronne des véhicules électriques, alors que le prix de la production de graphène chute précipitamment. Ce développement promet non seulement d’améliorer considérablement les performances des véhicules électriques, mais également d’offrir une aubaine aux objectifs d’efficacité énergétique et de réduction des émissions de carbone. «S'il y a une technologie de batterie à surveiller, c'est bien le graphène», déclare Jard van Ingen, PDG et co-fondateur de Focus.
Les jeunes prétendants
Focus analyse l’état actuel de la chimie des batteries de véhicules électriques et prévoit celles qui devraient dominer dans les années à venir. Utilisant une approche inspirée des recherches du Massachusetts Institute of Technology, la plateforme Focus traite de grands volumes de données mondiales sur les brevets en temps réel à l'aide de trois types d'IA : de grands modèles de langage effectuent des recherches continues dans les archives mondiales de données sur les brevets à des fins de recherche, de notation et de comparaisons technologiques. ; la recherche vectorielle fournit des renseignements en temps réel sur le paysage mondial de l'innovation et de la technologie ; et la régression multivariée offre une analyse prédictive en identifiant les relations entre les données et les résultats du monde réel. Focus calcule les « niveaux de préparation technologique » pour la maturité des technologies de batterie et un « taux d'amélioration technologique » pour mesurer l'augmentation des performances par dollar et par an des différentes chimies de batterie.
« Essentiellement, pour les véhicules électriques, il s'agit de trouver le juste milieu entre la densité énergétique, la sécurité, le coût et la durabilité », explique Kacper Gorski, responsable des opérations de Focus. « Chacune de ces chimies apporte quelque chose d’unique, et leur développement façonnera l’avenir de la mobilité électrique. Mais la question clé est de savoir lesquels progressent réellement rapidement et lesquels sont exagérément médiatisés ?
Focus a constaté que toutes les technologies de batteries au lithium s’améliorent à des vitesses similaires. Les produits chimiques dominants actuels, le lithium-nickel-manganèse-cobalt et le lithium-fer-phosphate, s'améliorent d'une année sur l'autre à des taux de 30 % et 36 %, respectivement. Les batteries au lithium-soufre s'améliorent de 30 % par rapport à l'année précédente et les anodes en silicium de 32 %, ce qui signifie qu'il est peu probable que ces deux paires perturbent le marché : les technologies véritablement perturbatrices ont des vitesses d'amélioration nettement et systématiquement supérieures à celles de leurs concurrents. De même, bien que beaucoup ait été écrit sur le potentiel des batteries au lithium à l'état solide, Focus a constaté que la technologie ne s'améliore qu'à un taux de 31 % par rapport à l'année précédente, ce qui signifie qu'il est peu probable qu'elle perturbe également les opérateurs historiques.
Il en va de même pour les batteries au sodium tout aussi en vogue, qui ont un taux d’amélioration de 33 %, ce qui les place dans une erreur de mesure des batteries au lithium-fer-phosphate. Van Ingen explique que les batteries au sodium ont une densité énergétique relativement modeste, ce qui limite le kilométrage qu'elles peuvent offrir aux véhicules électriques sans ajouter trop de poids au véhicule. Ils seraient toutefois judicieux pour le stockage stationnaire, où le poids n’est pas un facteur limitant. « Donc, si tout ce dont vous avez besoin, ce sont des batteries relativement bon marché pour répondre à la demande du réseau, alors les batteries au sodium sont tout à fait logiques », dit-il. « Ils pourraient même fonctionner pour des véhicules électriques bas de gamme – des véhicules de production très bon marché et en grand volume, conçus pour de courtes distances. Il s’agit d’une technologie qui évolue relativement rapidement, mais elle ne va tout simplement pas perturber complètement le marché.
Ce sont certaines des chimies de batteries les plus récentes qui suscitent le plus d’enthousiasme. Les batteries magnésium-soufre s'améliorent à un taux de 24.4 % par rapport à l'année précédente, les batteries magnésium-ion à 26 %, les batteries nanofils à 35 % et les batteries potassium-ion à 36 %. Cependant, tout cela n'est rien en comparaison avec les batteries au graphène, qui s'améliorent à un taux énorme de 48.8 % par rapport à l'année précédente, ou aux batteries double ion, qui affichent un taux d'amélioration de 48.5 % par rapport à l'année précédente. "Étant donné que les vitesses d'amélioration des batteries au graphène et à double ion sont nettement et systématiquement supérieures à celles des autres compositions chimiques de batteries, celles-ci peuvent être considérées comme perturbatrices", explique van Ingen.
Cependant, dans une confrontation entre les deux chimies, Focus estime que les batteries au graphène détiennent le potentiel le plus élevé, car la recherche est plus développée et l'élément plus omniprésent. La technologie offre un énorme progrès en termes de performances des véhicules électriques, promettant des densités d’énergie élevées, une durée de vie accrue (le nombre de cycles de charge et de décharge qu’une batterie peut effectuer avant de perdre en performances) et une charge rapide. Son principal inconvénient à l’heure actuelle est son coût prohibitif, dû au prix exorbitant de la production de graphène.
"Le graphène est un matériau vraiment basique dérivé de n'importe quelle source de carbone", explique van Ingen. « Le matériau de base est vraiment abondant, il est partout, mais la manière de le transformer en graphène constitue la limite. Les méthodes de production actuelles sont bien trop coûteuses.
Les batteries au graphène, le véritable disrupteur
Pour que les batteries au graphène perturbent le marché des véhicules électriques, le coût de production du graphène doit baisser considérablement. Le graphène est actuellement produit à environ 200,000 200 dollars la tonne, soit XNUMX dollars le kilogramme (kg). Il est difficile de prédire à quel point la production devra être bon marché avant que les fabricants commencent à l’utiliser dans leurs batteries, mais Focus pense que cela se produira lorsque le graphène deviendra comparable au lithium.
Le carbonate de lithium coûte actuellement environ 16 $/kg à produire et les analystes estiment qu'il pourrait encore baisser de 30 % pour atteindre 11 $/kg en 2024. La méthode de prévision de Focus estime la vitesse d'amélioration de la production de graphène à 36.5 % par rapport à l'année précédente. Ainsi, en supposant le prix actuel de 200 $/kg et un prix cible de 11 $/kg, Focus prévoit que la production de graphène deviendra suffisamment bon marché pour que le matériau puisse s'imposer dans la chimie des batteries d'ici 2031 environ.
Selon Focus, environ 300 organisations travaillent actuellement sur la technologie des batteries au graphène. Parmi les dix entreprises les mieux placées pour perturber le marché des batteries grâce au graphène, Focus classe Global Graphene Group comme leader. Sa filiale, Honeycomb Battery Company, a récemment annoncé un accord de rapprochement historique avec Nubia Brand International visant à améliorer les capacités de fabrication et de recherche de Honeycomb, en mettant l'accent principalement sur la technologie avancée des batteries pour véhicules électriques.
De même, StoreDot, la seule start-up figurant dans le top dix, a réalisé des progrès impressionnants en 2023. L'entreprise devrait produire en série ses cellules de batterie « 100in5 » en 2024. Ces cellules sont conçues pour offrir au moins 100 miles d'autonomie. avec seulement cinq minutes de charge. StoreDot a conclu des accords stratégiques avec Volvo Cars (Geely), VinFast et Flex|N|Gate. Début 2024, elle a collaboré avec Polestar de Volvo Cars sur la première démonstration de recharge de véhicules électriques de dix minutes au monde. La qualité de sa batterie a été validée après des tests effectués par 15 grands fabricants mondiaux, ne montrant aucune dégradation même après 1,000 XNUMX cycles consécutifs de « charge extrêmement rapide ».
Toray Industries, en revanche, a été identifié par Focus comme l'acteur itérant le plus rapide (temps de cycle le plus bas). La société a fait des progrès significatifs dans sa recherche sur les batteries au graphène, en développant une solution de dispersion de graphène ultra-mince avec une excellente fluidité et une excellente conductivité électrique et thermique – particulièrement bénéfique pour des applications telles que les batteries et les matériaux de câblage. Toray est ainsi capable de créer du graphène très fin et de haute qualité à partir de matériaux graphite peu coûteux. Selon Toray, la technologie offre une durée de vie de la batterie 50 % supérieure à celle des nanotubes de carbone traditionnels utilisés comme agents conducteurs.
"Pour l'avenir, le plus gros goulot d'étranglement pour les batteries au graphène est de trouver une méthode de production qui puisse réellement le faire à grande échelle", conclut van Ingen. Il s’agit encore d’un domaine largement dominé par la recherche, mais cela le propulsera dans le monde réel au cours de la prochaine décennie, selon Focus.
Source à partir de Juste une voiture
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