La batterie et l'évolution de la voiture électrique

Dans les voitures à moteur thermique, l'importance technologique vient du propulseur et le réservoir de carburant se trouve être juste cela, un réservoir. Cependant, dans les voitures à moteur électrique, c'est l'inverse qui se produit ; l'architecture et le fonctionnement d'un moteur électrique sont très simples et la plus grande complexité technique incombe à la batterie.

Lorsqu'en 1996 la commercialisation du Fiat Seicento Elettra Il était vendu comme un utilitaire écologique capable d'atteindre une vitesse maximale de cent kilomètres à l'heure. J'avais une une autonomie d'environ une centaine de kilomètres et sa batterie a mis environ huit heures à se recharger. Soit dit en passant, en raison de la taille de la batterie, ce véhicule utilitaire n'avait que deux places et, en raison du prix, sa diffusion commerciale n'a pas été un grand succès.

Si nous revenons au présent, un véhicule concept actuel similaire à cette Fiat pourrait être le Entraînement électrique Smart Fortwo. Ce petit utilitaire a une autonomie qui en usage réel est plus ou moins similaire à celle du petit italien et sa durée de charge est également plus ou moins similaire, mais attention, uniquement si on le branche sur une prise du réseau de base d'un maison. Les avancées techniques appliquées à la batterie ont permis à la marque du groupe Daimler d'offrir la possibilité d'installer des chargeurs spécifiques (WallBox) capables de recharger quatre-vingts pour cent de la batterie en un peu plus de quarante-cinq minutes.

Concept de base d'une batterie

juste la batterie accumule l'électricité qui sera ensuite consommée par le moteur électrique. Son objectif est similaire à celui d'un réservoir de carburant, mais son architecture et son fonctionnement sont on ne peut plus complexes.

Sans vouloir approfondir les définitions et/ou les procédés chimiques, le fonctionnement d'une batterie repose sur la production d'électrons à partir de réactions chimiques contrôlées. J'imagine que beaucoup d'entre vous se souviennent encore du tableau périodique, du nombre d'électrons dans la dernière couche et de la stabilité des composés chimiques formés après une réaction. Eh bien, dans le cas d'une batterie, la réaction chimique qui se produit à l'intérieur favorise une transfert d'électrons du pôle négatif au pôle positif.

Une batterie peut être composée d'un nombre variable de cellules, petits récipients dans lesquels les électrodes sont immergées dans l'électrolyte.

• Électrode: conducteur de courant électrique qui est en contact avec l'électrolyte et avec l'extérieur de la cellule. Il peut être de signe positif (anode) ou de signe négatif (cathode).
• Électrolyte: toute substance qui peut être décomposée par l'action d'un courant électrique (électrolyse).

Pour donner un exemple très simple, dans une batterie au plomb classique, une électrode est en plomb pur (Pb), l'autre en dioxyde de plomb (PbO₂) et l'électrolyte est l'acide sulfurique (H₂SO₄) dissous dans l'eau (H₂O)

L'ensemble de ces cellules reçoit le nom de batterie précisément en raison de l'association nécessaire des cellules pour produire de l'énergie électrique. Cette association peut être en série (pôle négatif d'une cellule avec le positif de la cellule suivante) pour obtenir une plus grande tension électrique ou en parallèle (tous les pôles de même signe réunis) pour obtenir une plus grande intensité.

Batterie au lithium-ion

La Smart nommée ci-dessus dispose d'une batterie lithium-ion. Cela signifie que cette batterie remplace l'électrolyte d'acide sulfurique par un autre qui est un sel de lithium, mais le principe chimique qui lui permet d'accumuler de l'électricité est le même.

En ce qui concerne son application aux voitures électriques, les batteries lithium-ion ils ont un poids inférieur et permettent un plus grand nombre de cycles de recharge avant qu'une perte importante de capacité ne se produise, connue sous le nom de dégradation de la batterie. À l'heure actuelle, on estime qu'une batterie au lithium-ion peut conserver quatre-vingts pour cent de sa capacité même après trois mille cycles de recharge complets.

Inconvénients pratiques de la voiture électrique

Au-delà du prix et du peu d'infrastructures adaptées existantes dans notre pays, le grand « problème » de la voiture électrique est son analyse pratique. Par exemple, un Volkswagen Golf 1.5 TSI C'est un compact parfait pour les longs trajets. Votre réservoir de carburant vous permet de faire des trajets de plus de 800 kilomètres et nous ne passerons pas plus de cinq minutes à faire le plein de votre réservoir

Si au contraire nous nous intéressons au nouveau Volkswagen e-Golf, il faut être clair que sa batterie ne nous permettra pas de faire des trajets de plus de deux cents kilomètres et que remplir sa batterie nous obligera à prendre un café d'environ cinq heures dans une prise de 7 kilowatts.

À ce stade, plus d'un pensera à une voiture comme la Tesla Model S 100D, avec une autonomie homologuée de 612 kilomètres, et le suralimentateurs de la marque.

En premier lieu, je reconnais que cette Tesla est une sacrée voiture, mais son prix de 110.000 60 euros la sort un peu de la poche d'une grande partie des Espagnols. Par contre, en circulation à 70 – XNUMX kilomètres par heure, il est possible d'atteindre l'autonomie annoncée car sur les trajets à 120 kilomètres par heure l'autonomie réelle reste à environ 450 kilomètres, ce qui n'est pas mal non plus.

Concernant les superchargeurs de la marque, bien qu'une grande expansion soit attendue lorsque la commercialisation de la Tesla Model 3 débutera, ils sont aujourd'hui principalement concentrés sur la côte méditerranéenne. En fait, en Castilla León, il y en a deux (Burgos et Valladolid) et dans des communautés comme la Cantabrie, les Asturies, la Galice ou Madrid, il n'y en a même pas.

Ces superchargeurs jusqu'à 120 kilowatts permettent recharger en 20 minutes l'électricité nécessaire pour faire environ 300 kilomètres mais ils ont un sérieux inconvénient : avec la technologie actuelle, des charges aussi puissantes raccourcissent la durée de vie de la batterie.

J'entends par là qu'avec la technologie et l'infrastructure actuelles, qui doit faire de longs trajets fréquents devrait se tourner vers les véhicules hybrides rechargeables. Par exemple, le Volkswagen Golf GTE Il peut être utilisé au quotidien comme véhicule électrique avec une batterie qui offre environ 40 kilomètres d'autonomie et comme véhicule compact de 110 kilowatts parfaitement valable pour les longs trajets. Cela oui, chaque fois que nous voyageons sans bagages; alors que la Volkswagen Golf à moteur essence dispose d'un coffre qui offre 380 litres de contenance, celui du modèle hybride reste à un discret 272 litres (341 litres dans le modèle tout électrique).

La batterie du futur

Personne n'échappe au fait que l'avenir de l'industrie automobile passe par l'électrification. Actuellement, de nombreuses marques s'engagent pour la microhybridation de ses moteurs, mais ce n'est qu'une étape intermédiaire entre la voiture à énergie fossile et la voiture électrique.

Le grand pari de la voiture électrique nécessite un optimisation de la taille et des performances de la batterie. D'une part, il est presque obligatoire d'offrir des niveaux d'autonomie et des temps de charge similaires qui peuvent concurrencer les véhicules équipés de moteurs à combustion interne. D'autre part, il devient également impératif de réduire le poids d'une batterie. Par exemple, un Renault Zoe pèse 1.545 XNUMX kilos et un Renault Clio TCe 66 il reste à 1.082 XNUMX kilos.

À court terme

D'ici quatre ou cinq ans, nous pourrons déjà voir des véhicules électriques avec un autonomie réelle d'environ 600 kilomètres grâce aux améliorations techniques appliquées à la batterie.

des voitures comme la Opel Ampera e ils équipent l'une des batteries les plus modernes qu'ils fabriquent actuellement. Fabriquée par LG Chem, la batterie de cette Opel est composée d'un combinaison de cobalt, lithium, manganèse et nickel capable de générer suffisamment d'électricité pour déplacer la voiture pendant quelques 350 kilomètres en conditions réelles utile.

Ce type de batterie composée a un durée de vie qui double celle du lithium-ion actuel bien qu'il soit également vrai qu'il pèse environ dix pour cent de plus que les actuels et que le coût de leur production augmente plus ou moins du même pourcentage.

batterie à électrolyte solide

Prévu pour l'année 2020, un électrolyte solide a plus de densité qu'un liquide et permet à ce type de batterie de stocker plus d'énergie que, par exemple, une batterie au sel de lithium. En outre minimise l'apparence des dendrites, structures répétitives caractéristiques des premières phases de croissance cristalline et pouvant produire des courts-circuits au sein de la batterie.

Ces dendrites, de par leur composition chimique, sont des corps conducteurs ou non d'énergie électrique. Par exemple, les cristaux ioniques et covalents offrent une grande résistance à la conduction de la chaleur et/ou de l'électricité, et les cristaux moléculaires sont totalement isolants à cet égard. Ces trois types de cristaux limitent la capacité de charge de la batterie, car lors de leur formation l'électrolyte est détruit et, par conséquent, le processus d'électrolyse est limité.

Il existe un quatrième type de cristaux, les cristaux métalliques, qui se caractérisent par le fait qu'ils ont peu d'électrons dans les couches les plus externes et qu'ils sont chargés positivement. Cela signifie que lors de sa formation, il détruit l'électrolyte et aussi, une fois la molécule formée, il absorbe les électrons chargés négativement qui sont stockés. C'est ce qu'on appelle la stabilité chimique dans la couche de valence, ce qui signifie que toutes les molécules ont tendance à avoir huit électrons (stabilité) dans leur dernière couche (couche de valence).

Les avantages de la batterie à électrolyte solide sont que chauffe beaucoup moins et est moins sujet à la dégradation, ce qui signifie qu'il est capable de maintenir sa capacité de stockage pendant de nombreux autres processus de charge.

Le graphène dans la batterie du futur

Depuis des années, les programmes de recherche scientifique ont donné mille et un tournants au graphène, qui matériau composé de carbone pur disposé selon un motif hexagonal régulier qui semble être présent dans tous les aspects de notre vie quotidienne tant que le prix actuel de 300 dollars américains le gramme est abaissé, bien sûr. Bien sûr, une fois que le prix baisse, on s'attend à ce que le graphène atteigne également la batterie de la voiture électrique.

Selon ce qui a été expérimenté dans les premiers prototypes, une batterie au graphène a une cinq fois la densité d'énergie des batteries au lithium actuellesDe par sa composition chimique, le risque d'explosion est quasiment nul et en cas de court-circuit, seule la partie endommagée serait inopérante.

Parmi les avantages de la batterie au graphène par rapport aux batteries actuelles, il y a sa plus grande capacité, son poids inférieur à volume égal et sa capacité de charge inégalée (une batterie de 100 kwh peut être rechargée en moins de dix minutes).

Parmi ses inconvénients, nous pouvons souligner qu'ils n'atteindraient pas le marché avant dix ou quinze ans et que la seule entreprise espagnole dédiée à l'enquête sur les batteries au graphène, et qui était une référence mondiale, a récemment été accusée de fraude et fait l'objet d'une enquête par la Commission nationale du marché des valeurs mobilières.

Quand j'étais petit, on disait qu'en l'an 2000 les voitures voleraient et n'auraient pas de chauffeur. Je voudrais revenir sur cet article en l'an 2030 et pouvoir analyser quelles sont les prévisions actuelles. Bien sûr, quelque chose me dit que l'évolution des batteries va nous surprendre année après année.