Comment la technologie de batterie à venir de Porsche révolutionnera les véhicules électriques

Jun 05, 2023

Les batteries à semi-conducteurs sont encore loin de la production, mais Porsche devrait continuer à améliorer les batteries au lithium.

Les efforts d'électrification de Porsche ont été bien accueillis. Le Taycan est l'un des meilleurs véhicules électriques que vous puissiez acheter, en particulier en termes d'expérience de conduite. Dans le même temps, sa plate-forme J1 que Porsche a également fournie à Audi pour l'e-tron GT est très capable de charger à la fois grâce à son architecture 800 volts tout en offrant une autonomie décente (mais pas la meilleure de sa catégorie). Sûr de dire que la première tentative de Porsche de fabriquer un véhicule électrique a été assez réussie. C'est l'un des véhicules qui a donné aux véhicules électriques une image amusante et dynamique, et dans les prochaines années, nous pouvons nous attendre à encore plus de grandes choses des efforts d'électrification de Porsche.

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Étant donné que les stations-service sont toujours plus nombreuses que les stations de recharge et sont donc également éloignées les unes des autres, l'anxiété liée à l'autonomie est un phénomène bien réel. Cela devrait changer dans les années à venir, car Porsche prévoit d'autres améliorations à apporter aux batteries lithium-ion en partenariat avec Cellforce Group et Group14 Technologies. Les batteries lithium-ion sont un système à plusieurs composants, ce qui signifie que si ces batteries sont principalement capables de répondre aux exigences actuelles en matière d'autonomie, de charge et de sécurité, la simple modification de certains des autres ingrédients peut entraîner des améliorations significatives des performances.

L'anode, par exemple, est actuellement en graphite, mais le silicium est à l'étude comme autre alternative. En utilisant du silicium, la capacité totale de la batterie lithium-ion est augmentée. En fait, le Dr Stefanie Edelberg, ingénieure spécialiste des cellules de batterie chez Porsche Engineering, déclare : « Le silicium présente un intérêt particulier car il présente la deuxième plus grande capacité de stockage en termes de poids après le lithium, ce qui permet des cellules à très haute densité énergétique. De plus, c'est le deuxième élément le plus commun de la croûte terrestre."

Donc, si l'utilisation de silicium pour l'anode est si bénéfique, pourquoi n'est-elle pas encore implémentée dans les batteries ? Eh bien, le problème réside lorsque le silicium absorbe le lithium, ce qui peut augmenter la taille des particules de 300 %. Cela entraînera une contrainte mécanique sur le matériau et l'électrode, réduisant ainsi la durée de vie de la batterie. Par conséquent, l'objectif principal ici est que les anodes utilisent une forte proportion de silicium - avec un objectif allant jusqu'à 80 %, et c'est ce sur quoi Cellforce Group travaille actuellement avec Porsche.

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Outre le silicium dans l'anode, une autre technologie qui contribue à améliorer l'emballage des batteries est ce qu'on appelle la technologie "cell-to-pack". Selon le professeur Maximilian Fichtner, directeur de l'Institut Helmholtz d'Ulm (HIU) et chef de l'unité de recherche sur les systèmes de stockage d'énergie à l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), intègre les cellules directement dans la batterie elle-même, ce qui élimine les "petits- pièces d'échelle dans les batteries actuelles". Traditionnellement, les cellules de la taille d'une barre de chocolat sont connectées individuellement, mais avec la méthode cell-to-pack, les cellules mesurant jusqu'à 1,20 mètre (3,94 pieds) de longueur sont désormais étroitement emballées, permettant ainsi un stockage plus important et un meilleur refroidissement dans un paquet plus petit ou plus dense. À la suite de toutes ces innovations à moyen terme, de l'anode en silicium à l'emballage dense des cellules de batterie, Fichtner dit que nous pouvons nous attendre à ce que les futures Porsche aient une autonomie de 1 300 km (807,78 miles) ou des augmentations d'autonomie d'environ 30 à 50 pour cent.

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Bien que le fait d'avoir une longue autonomie soit une énorme aubaine pour les acheteurs de véhicules électriques, accélérer la charge pour qu'elle soit aussi rapide que le plein d'essence sera également bénéfique. Markus Gräf, directeur de l'exploitation du groupe Cellforce, a déclaré que l'utilisation du silicium comme anode peut également accélérer la charge de 10 à 80 % en moins de 15 minutes par rapport à l'architecture actuelle de 800 volts de Taycan, capable de faire le même exploit en 22,5 minutes. De plus, l'utilisation d'une proportion plus élevée de nickel pour la cathode permet des capacités de charge plus élevées. Mais quel est l'intérêt d'avoir une batterie qui peut accepter une grande quantité d'énergie si le chargeur ne peut pas suivre, n'est-ce pas ? La future architecture EV de Porsche pourra accueillir plus de 500 kW de charge rapide CC par rapport aux 270 kW CC déjà rapides du Taycan. Pour que le chargeur puisse gérer une telle puissance, les stations de charge auront besoin d'un refroidissement actif à l'avenir afin que les 500 kW de puissance puissent être fournis efficacement et en continu à la batterie.

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Sans surprise, comme tous les autres fabricants de véhicules électriques, Porsche considère la batterie à semi-conducteurs comme le Saint Graal du stockage de l'énergie. Les objectifs de Porsche avec la technologie de la batterie à semi-conducteurs sont similaires à tous les autres : la rendre plus compacte que les batteries lithium-ion d'aujourd'hui tout en étant plus sûre et plus dense en énergie. Les batteries à semi-conducteurs n'utilisent pas de solution d'électrolyte liquide. Au lieu de cela, il utilise un électrolyte de support solide qui est la principale raison de ses grands espoirs d'être une forme plus sûre de technologie de batterie. "Le plan pour les cellules solides est que le séparateur classique sera complètement remplacé par une fine couche d'électrolytes solides", explique Edelberg. "L'électrolyte solide est alors à la fois électrolyte et séparateur."

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À la surprise de personne, le développement des batteries à semi-conducteurs est encore loin d'avoir atteint le stade de la production de masse, alors que pouvons-nous attendre des véhicules électriques de Porsche dans quelques années ? Les promesses d'une autonomie accrue et de temps de charge plus courts avec l'utilisation de batteries lithium-silicium sont impressionnantes, une technologie dont le stade de recherche et développement est plus proche de son objectif final.

En réalité, la technologie EV en est encore généralement à ses balbutiements. Bien que nous ayons fait des progrès en termes de charge et d'autonomie avec la technologie de batterie lithium-ion d'aujourd'hui, la marge d'innovation est encore abondante. Outre Porsche, BMW travaille également d'arrache-pied avec Solid Power pour développer des batteries à semi-conducteurs. En fait, des cellules de 20 Ah ont déjà été livrées à BMW pour des tests initiaux, ce qui rapproche la technologie de la production de masse. Pour référence, Solid Power développe trois types de batteries à semi-conducteurs : les cellules EV au silicium, les cellules EV au lithium-métal et les cellules de réaction de conversion. Quelle que soit l'entreprise qui remporte la course à la technologie des batteries, c'est une victoire pour l'industrie automobile dans son ensemble. Un énorme bond en avant dans la technologie des batteries signifie que nous sommes sur le point de faire des véhicules électriques un véritable remplacement du moteur à combustion interne (ICE) qui est déjà proche de son apogée technologique.

Isaac Atienza est un journaliste automobile philippin qui a rejoint TopSpeed.com en 2021. Il possède également un site Web automobile philippin appelé Go Flat Out PH et contribue également à un journal local appelé The Manila Times. Isaac Atienza est un passionné de voitures qui pense particulièrement que les wagons sont le meilleur type de véhicule, bien que les voitures de sport et tout ce qui a trois pédales chatouillent également son envie.