Alors c'est parti. Prenez un café. Ou de la bière. Je ne juge pas.
Très vite avant de commencer- mon parcours, car les gens me le demandent toujours : je m'intéresse à la technologie des batteries depuis 2016, j'ai travaillé pour deux entreprises qui ont fait faillite (des moments amusants), j'ai été consultant pour trois qui sont encore en vie (à peine) et je fais actuellement de la R&D pour... eh bien, je ne devrais probablement pas le dire, mais vous en avez entendu parler. Je me suis brûlé deux fois avec des feux au lithium. Je ne le recommande pas . 0/10 expérience.
Qu'est-ce qu'une batterie à semi-conducteurs ?
C’est vrai. La batterie de votre téléphone ? Ordinateur portable? Voiture électrique ? Tout avait du liquide à l’intérieur. Pas comme de l'eau-liquide, plutôt comme... un liquide chimique épais. Électrolyte organique. Cela semble sophistiqué, mais fondamentalement, c'est une substance inflammable qui permet aux ions lithium de nager d'avant en arrière entre les côtés positifs et négatifs.
Fonctionne bien ! Jusqu'à ce que ce ne soit pas le cas. Puis il prend feu.
J'ai toujours un Samsung Galaxy Note 7 dans le tiroir de mon bureau que je garde en souvenir lmao. Je ne l'ai jamais rallumé après le rappel. C'est comme un petit presse-papier à risque d'incendie.
Batterie à semi-conducteurs-= remplaçant ce liquide par un solide.
C'est ça. C'est tout.
La partie solide peut être :
Objets en céramique (comme du verre fantaisie mais plus difficile à fabriquer)
Chaînes en polymère (pensez au plastique très dense mais pas vraiment au plastique)
Composés sulfurés (ceux-ci sentent TERRIBLE d'ailleurs, comme des œufs pourris multipliés par mille)
Oh, et fait amusant, j'ai appris à mes dépens : - certains de ces matériaux réagissent avec l'humidité de l'air. Comme violemment. Nous avons eu un étudiant diplômé en 2019 qui a laissé un échantillon d’électrolyte sulfuré sur le banc pendant la nuit. Je suis arrivé le lendemain matin, tout était pratiquement corrodé. Ça sentait la mort. Nous n'avons pas pu utiliser ce labo pendant une semaine.
Pourquoi tout le monde ne se tait pas à leur sujet
Mec, j'entends parler de-batteries à semi-conducteurs depuis... 2015 ? 2014 ? Quelque part par là. Chaque année : « Encore 3 ans ! »
C'est devenu un mème dans la communauté des batteries. Comme le pouvoir de fusion. Toujours dans 10 ans.
Mais bon, il y a de vraies raisons de s'en soucier :
1. Ils ne vous exploseront (probablement) pas au visage
Pas de liquide=pas de liquide bouillant=pas de montée en pression=pas de boom.
Je veux dire qu'ils PEUVENT encore échouer. J'ai vu cela se produire. Mais au lieu d'une boule de feu, vous obtenez plutôt... elle cesse de fonctionner et se réchauffe. Beaucoup mieux ! J'ai été témoin de l'échec d'un prototype à semi-conducteurs- lors des tests de l'année dernière et il a juste gonflé un peu et est mort. Avec le lithium-ion liquide, nous devons tester derrière des boucliers anti-souffle. Ambiance différente.
2. Plus d'énergie dans le même espace (soi-disant)
Les affirmations sont folles : . 50 % de plus ? 100% de plus ? Qui sait. Sur le papier, les mathématiques fonctionnent. En réalité ? Nous verrons.
Toyota n'arrête pas de dire qu'elle disposera de batteries d'une autonomie de 900 milles d'ici 2027 ou 2028 ou quelque chose du genre. Je le croirai quand je conduirai littéralement la voiture. En attendant, c'est du vaporware.
3. Charge plus rapidement (peut-être)
Certains électrolytes céramiques peuvent censément gérer beaucoup plus de courant sans se dégrader. Donc, comme des charges complètes de 10 minutes.
Ai-je vu ce travail dans un laboratoire? Oui, une fois, sur une pile bouton de la taille de ma vignette.
L'ai-je vu fonctionner avec une batterie de la taille d'une voiture- ? Non. Personne ne l’a fait. Il s'agit uniquement de données de simulation et de tests-à petite échelle.
4. Dure plus longtemps (nous pensons)
Sans décomposition du liquide, vous devriez obtenir plus de cycles de charge. Le lithium-ion ordinaire est bon pour environ 500-1 000 cycles selon la façon dont vous le traitez. L'état solide devrait faire mieux.
Mais voici ce que - nous ne savons pas encore car personne ne les utilise depuis 10 ans. Impossible de tester la fiabilité à long terme-dans un laboratoire. Tu dois juste attendre et voir.
Attendez, à quoi est-ce qu'on compare ça ?
Oh merde ouais, je devrais probablement expliquer ce qu'il y a maintenant. Ma faute.
Lithium ordinaire-Ion (ce qu'il y a dans tout)
Votre téléphone, ordinateur portable, probablement votre voiture si elle est électrique
Énergie : ~250-300 Wh/kg (soit des wattheures par kilogramme, en unités nerd)
Pas cher à fabriquer maintenant parce que nous le faisons depuis toujours
Va absolument prendre feu si vous le percez ou le surchargez
Je garde un seau de sable dans mon labo au cas où
Batteries LFP (Lithium Fer Phosphate)
Plus sûr, ne prendra pas vraiment feu même si vous essayez
Moins de densité énergétique mais - autour de 160-180 Wh/kg
Dure POUR TOUJOURS comme 3000+ frais
Moins cher que les autres types de lithium
C'est ce qu'il y a dans le modèle de base de Tesla maintenant, je pense ? Ne me cite pas là-dessus
NMC/NCA (Les Chers)
Nickel Manganèse Cobalt ou Nickel Cobalt Aluminium
Hautes performances, 250-280 Wh/kg
Utilise du cobalt qui... ouais, il y a des problèmes de travail des enfants au Congo, un tout autre gâchis
Plus cher
De meilleures performances mais je ne vais pas mentir
Solide-État solide (la créature mythique)
RÉCLAMATIONS 400-500 Wh/kg
Bien plus cher en ce moment
La fabrication est fondamentalement de la magie noire à ce stade
C'est soi-disant plus sûr, mais nous n'avons pas assez de données
D'accord, mais qu'est-ce qui est vraiment bon chez eux ?
Écoutez, je suis sceptique sur la plupart des choses, mais l'état solide-a de réels avantages. Je ne vais pas prétendre le contraire.
La sécurité est légitimement meilleure.
J'ai personnellement testé les deux types. Avec le lithium-ion ordinaire, nous portons des écrans faciaux et avons des extincteurs partout. Avec des prototypes-à semi-conducteurs ? Toujours prudent mais moins d'énergie "ça pourrait exploser".
Le mois dernier, nous avons eu un court-circuit dans une cellule de test. L'état solide-est devenu chaud et a cessé de fonctionner. Si cela avait été du lithium-ion ordinaire, nous aurions certainement eu un incendie.
La taille/poids est réelle s'ils livrent.
Une production de 400 Wh/kg serait véritablement révolutionnaire. La batterie de votre véhicule électrique pourrait peser deux fois moins pour la même autonomie. OU même poids, doublez la portée.
Mais c'est un grand SI. Les résultats de laboratoire ne se traduisent pas toujours en production. Bon sang, ils ne traduisent généralement pas.
Les performances en température devraient être meilleures.
Les électrolytes solides fonctionnent dans des plages de températures plus larges que les électrolytes liquides. La batterie de votre voiture en hiver à Chicago à -20 degrés F ? Cela devrait fonctionner mieux. L'été en Arizona à 120 degrés F ? Aussi mieux.
Bien que cette histoire soit amusante -, certains électrolytes céramiques doivent en fait rester CHAUDS pour fonctionner correctement. Vous avez donc besoin d'un chauffage pour votre batterie. Qui utilise le pouvoir. Cela va à l’encontre du but mdr.
Pas de dendrites.
C'est à l'intérieur du baseball, mais peu importe. Lorsque vous chargez des batteries au lithium, de petites pointes métalliques appelées dendrites peuvent se développer d'une électrode à l'autre. Finalement, ils traversent le séparateur et court-circuitent la batterie. C'est ainsi que meurent la plupart des batteries lithium-ion.
Les électrolytes solides sont censés bloquer les dendrites. Les matériaux durs ne peuvent pas percer. Théoriquement.
En pratique? Euh. Nous avons vu des dendrites se développer à travers certains électrolytes solides. La science des matériaux est difficile.
Les problèmes que tout le monde ignore (mais je ne le ferai pas)
Très bien, attachez votre ceinture parce que c'est là que je vais faire chier certaines personnes.
Ils travaillent à peine en ce moment.
Désolé! C'est vrai ! La plupart des batteries à semi-conducteurs-" révolutionnaires " dont vous avez entendu parler dans les communiqués de presse ? Ils fonctionnent pendant environ 10 cycles. Peut-être 50 si vous avez de la chance. Dans des conditions de laboratoire parfaites. A exactement 25 degrés. Avec une légère brise du nord-est.
La batterie de votre voiture doit fonctionner pendant 1000+ cycles pendant l'hiver au Minnesota et l'été au Texas et partout entre les deux. Nous n’en sommes même pas encore proches à grande échelle.
J'étais à une conférence l'année dernière (Battery Symposium à Orlando, mars 2024) et j'ai vu une présentation d'une startup revendiquant 500 cycles. Je suis allé à leur stand après. J'ai demandé des détails. Ils sont devenus vraiment silencieux très vite. Il s'avère que ces 500 cycles étaient à un taux de charge de 0,1 °C avec 4 heures entre les charges. Complètement inutile pour des applications réelles.
La fabrication est un véritable cauchemar.
Nous avons passé 30+ ans à trouver comment rendre les batteries lithium-ion peu coûteuses et fiables. Les usines, l'équipement, le contrôle qualité -, tout est intégré.
À l'état solide- ? Repartir de zéro.
Équipement différent. Différents processus. Différents modes de défaillance. Tout est plus difficile.
J'ai parlé à un gars de QuantumScape le mois dernier (nous étions tous les deux dans un bar d'aéroport, il avait bu environ 3 bières et bavardait) et il a dit que leur plus gros problème n'était même plus la technologie. Il s'agit de trouver comment fabriquer 10 000 batteries toutes identiques. La cohérence à grande échelle est TELLEMENT DIFFICILE.
Le problème d’interface tue tout le monde.
C’est technique mais important : là où l’électrolyte solide touche l’électrode solide, vous obtenez une résistance. C'est comme essayer de faire passer l'électricité à travers deux surfaces rugueuses pressées l'une contre l'autre. Pas un bon contact.
Avec l'électrolyte liquide, le liquide comble tous les interstices microscopiques. Contact parfait partout. Avec du solide-sur-solide ? Pas tellement.
Les gens essaient tout : revêtements spéciaux, application de pression, chauffage, nouveaux matériaux, couches sacrificielles, zones tampons. Rien ne fonctionne encore parfaitement. Chaque solution crée de nouveaux problèmes.
Ils craquent et c'est vraiment dommage.
Les électrolytes solides en céramique sont fragiles. Lorsque les batteries se chargent, elles gonflent légèrement. Décharge, ils rétrécissent. Faites cela 1000 fois et votre céramique peut se fissurer.
Une petite fissure=batterie à plat. L'humidité pénètre, les performances diminuent, la partie est terminée.
J'ai vu de magnifiques-cellules à semi-conducteurs qui ont parfaitement fonctionné pendant 50 cycles, puis se fissurer, puis cesser de fonctionner. Déchirant. Et cher.
Les électrolytes polymères ne se fissurent pas aussi facilement, mais leur conductivité ionique est bien inférieure. Toujours des compromis-.
Le prix me donne envie de pleurer.
Les estimations actuelles estiment que les-batteries à semi-conducteurs coûtent 10-20 fois le prix du lithium-ion classique. Par kWh.
Oui, les coûts diminueront avec l'échelle. Ils le font toujours. Mais nous parlons d’ANNÉES de développement et de MILLIARDS d’investissement en capital avant d’atteindre la parité des coûts.
Les 4680 cellules de Tesla coûtent environ 100 $/kWh. L'état solide-peut coûter 1 000 $/kWh à l'heure actuelle. Peut-être plus. Personne ne publie de vrais chiffres car ils sont embarrassants.
Qui fabrique réellement ces choses ? (Et qui vient d'en parler)
Oh mec, ok, ça va être compliqué car il y a comme 50+ entreprises qui prétendent qu'elles sont "sur le point de révolutionner les batteries", mais laissez-moi me concentrer sur qui fait réellement les choses :
QuantumScape- Probablement le plus avancé pour les applications automobiles. Utilisation d'un séparateur en céramique. Soutenu par VW et Bill Gates. Leur stock est passé de 130 $ à 10 $. Aie. Mais ils fonctionnent toujours et ont montré des résultats de tests décents. La chronologie continue de glisser, ce qui est... inquiétant mais aussi réaliste ? Je ne sais pas ce que je pense d'eux honnêtement.
Une puissance solide- BMW et Ford soutenus. Électrolyte sulfuré. La dernière fois que j'ai entendu dire qu'ils avaient toujours des problèmes de fabrication. Leur chronologie a également glissé. Les délais de tout le monde glissent. C'est le passe-temps favori de l'industrie des batteries.
Samsung SDI- Ils ONT en fait-des batteries à semi-conducteurs en production ! Mais des tout petits. Pour les appareils portables. Dispositifs médicaux. Hearables (oui, c'est un mot maintenant apparemment). Les trucs de la taille d'une voiture ? Toujours en développement. Ils disent 2027. Je dis 2029-2030 de manière réaliste.
Toyota- Oh mon Dieu. Toyota promettait des avancées-en matière de batteries à semi-conducteurs bien avant que je commence à travailler dans ce domaine. Ils déposent plus de brevets que quiconque. Ils font de grandes annonces chaque année. Et pourtant... aucun produit.
JE VEUX les croire. Ce sont des Toyota. Ils connaissent la fabrication. Mais trompe-moi une fois, honte à toi. Trompez-moi 47 fois...
Ils ont dit 2025, puis 2027, maintenant c'est 2027-2028. Je mettrai de l'argent sur 2030 minimum.
Nissan- Être plus silencieux à ce sujet, ce que je respecte réellement. Disons qu’ils auront une production pilote d’ici 2024-2025. Chronologie plus réaliste que certains autres. Travailler avec la NASA sur certaines choses, je pense ? Ne me citez pas.
CATL- Entreprise chinoise, premier fabricant mondial de batteries. Quand ils bougent, tout le monde le remarque. Ils travaillent sur l'état solide-mais sont TRÈS conservateurs dans leurs prédictions. Ce qui me fait en réalité leur faire davantage confiance. Ils connaissent l’échelle de fabrication. Ils savent ce qui est difficile.
MagasinDot- Startup israélienne axée sur la recharge extrêmement rapide. Des démos sympas. La question est la mise à l’échelle. Toujours la question.
Il y a aussi Factorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... littéralement des dizaines d'autres. La plupart échoueront. C'est comme ça que ça marche. Les démarrages de batteries ont un taux de réussite d’environ 5 %.
Pouvez-vous réellement en acheter un dès maintenant ?
Réponse courte :Non.
Réponse plus longue :Toujours non, à moins que vous n'achetiez un prototype de véhicule électrique pour plus de 500 000 $ ou une petite batterie spécialisée pour équipement médical.
Réponse encore plus longue :Samsung propose des-batteries à semi-conducteurs, mais elles sont chères et petites. Nous parlons de la taille d'une pile bouton. Pas utile pour la plupart des applications.
Les premiers vrais produits grand public dotés d'un-électronique seront probablement :
Smartphones haut de gamme- Samsung ou Apple voudront le droit de se vanter. "Premier-téléphone à batterie solide !" Excellente commercialisation. Probablement 2026-2027.
Véhicules électriques à production limitée- Certaines marques de luxe fabriquent 500 unités avec des batteries-à semi-conducteurs. Coût 200 000 $. Prouver que la technologie fonctionne. 2027-2028.
Vélos/scooters électriques-haut de gamme-Une batterie plus petite rend cela plus économiquement réalisable. 2026 ?
Marché de masse ? Mec, je ne sais pas. 2030 au plus tôt. Peut-être 2032-2035 pour être sûr. Et même dans ce cas, « marché de masse » pourrait signifier « mise à niveau facultative pour 10 000 $ ».
Je suis probablement pessimiste. Mais j'ai été déçu trop de fois.
À quoi vont-ils réellement servir ?
Tout de suite? Présentations PowerPoint principalement.
Mais sérieusement :
Voitures électriques- C'est ce qui compte pour tout le monde :. 500+ autonomie en kilomètres, charge en 10 minutes, plus légère et plus sûre. Cela changerait véritablement le marché des véhicules électriques. SI ça arrive.
Téléphones et ordinateurs portables- Imaginez que votre téléphone dure deux jours complets avec une utilisation intensive. Ou avoir la moitié de l'épaisseur. Ou ne plus jamais avoir de situations avec Samsung Note 7. C'est le rêve.
Implants médicaux- C'est là que certaines-batteries à semi-conducteurs sont DÉJÀ utilisées ! Les stimulateurs cardiaques ont besoin de piles qui ne tomberont pas en panne ou ne fuiront pas à l’intérieur de votre corps. L'état solide-est parfait pour cela. Petite batterie, pas besoin d'être bon marché, la sécurité est primordiale.
Drones/Aviation- Les avions électriques ont besoin de la densité énergétique la plus élevée possible. Chaque gramme compte. L'état solide- pourrait rendre l'aviation électrique réellement viable au-delà des petits drones.
Stockage en grille- Peut-être ? Mais honnêtement, pour le stockage stationnaire, le poids n’a pas d’importance. LFP est déjà suffisamment bon marché et sûr. Difficile de battre en termes de coût. L'état solide- devrait devenir VRAIMENT bon marché pour être compétitif ici.
Devez-vous attendre un-état solide avant d'acheter un véhicule électrique ?
On me pose constamment cette question. Lors de fêtes (les ingénieurs en batteries vont aux fêtes, d'accord), lors de conférences, de parents au hasard sur Facebook.
Réponse : Non. N'attendez pas.
Si vous voulez un VE maintenant, achetez-en un maintenant. Les véhicules électriques actuels sont vraiment bons ! Modèle 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, tous des choix solides. Une technologie éprouvée. Fiabilité connue.
Au moment où les véhicules électriques-à semi-conducteurs abordables existeront :
Vous conduisez votre véhicule électrique actuel depuis 5+ ans déjà
La technologie sera toujours de première-génération avec des problèmes inconnus
L'infrastructure de recharge sera encore meilleure
Les prix des véhicules électriques d’occasion se sont peut-être effondrés, qui sait
Vous envisagez d'acheter fin 2027 ou 2028 ? ALORS peut-être attendez de voir ce qui sera réellement publié. Mais ne mettez pas votre vie entre parenthèses.
La technologie s’améliore toujours. Il y a toujours quelque chose de mieux à venir « bientôt ». Je ne peux pas attendre éternellement.
J'ai attendu jusqu'en 2019 pour acheter un téléviseur 4K. Vous savez ce qui s'est passé ? Ils sont devenus moins chers et meilleurs. Mais je n’ai pas non plus eu de téléviseur 4K pendant 6 ans. Est-ce que ça valait le coup ? Honnêtement... non. J'aurais dû en acheter un.
Les chiffres de densité énergétique sont des mensonges (en quelque sorte)
Ok, pas de mensonges. Mais trompeur.
Tout le monde lance des chiffres sur la densité énergétique. "400 Wh/kg !" "500 Wh/kg !" "900 Wh/kg !"
Voici ce qu'ils ne vous disent pas :
CELLULES lithium-ion actuelles: 250-300 Wh/kg
PACKS lithium-ion actuels: 150-200 Wh/kg
Vous voyez la différence ? Le pack comprend le boîtier, le refroidissement, le câblage et les systèmes de gestion de la batterie. Comme 30 à 40 % du poids de la batterie, ce n'est même pas une batterie.
Revendications CELL-à l'état solide: 400-500 Wh/kg
Réalité du PACK à semi-conducteurs-: Qui sait ? 250-350 Wh/kg peut-être ?
Alors quand Toyota dit « deux fois la densité énergétique ! ils comparent le meilleur-numéros de cellules aux numéros de pack actuels. Pas des pommes contre des pommes.
La véritable amélioration au niveau du pack sera probablement de 50 à 75 %. Ce qui est quand même génial ! Vraiment génial ! Mais ce n’est pas la révolution qu’implique le marketing.
De plus, la densité énergétique ne fait pas tout. La densité de puissance est importante (à quelle vitesse vous déchargez). La durée de vie compte. Performances en température. Le coût par kWh est le plus important pour une adoption massive.
Une batterie qui coûte 2 000 $/kWh avec 500 Wh/kg est pire qu'une batterie qui coûte 100 $/kWh avec 250 Wh/kg. En tout cas, pour la plupart des applications.
Mes recommandations actuelles
Si vous êtes une personne ordinaire :Oubliez que l'état solide-existe pour le moment. Achetez tout ce dont vous avez besoin avec la technologie actuelle. Cela fonctionne bien.
Si vous achetez un VE en 2025-2026 :Achetez maintenant avec le lithium-ion actuel. N'attendez pas. Le futur véhicule électrique parfait n’arrivera pas assez tôt.
Si vous êtes investisseur :C'est un risque élevé, une récompense élevée. Je parierais sur des acteurs établis (Samsung, Toyota, CATL) plutôt que sur des startups. Mais c'est juste moi. Je suis-averse au risque car j'ai vu trop de démarrages de batteries planter et brûler. Littéralement dans un cas.
Si vous êtes ingénieur :Entrez dans ce domaine ! C'est extrêmement frustrant mais vraiment excitant. Préparez-vous simplement à des progrès lents et à de nombreuses impasses.
Si vous envisagez d'acheter en 2027-2028 :Commencez à prêter attention à qui livre réellement par rapport à qui fait simplement des annonces. Mon argent est sur Samsung et peut-être sur Nissan.
Ce qu'il ne faut PAS faire :N'achetez pas de "piles à semi-conducteurs-disponibles maintenant !" à partir de sites Web sommaires. Ils mentent. Si c'est réel, ce sera dans les principaux médias et chez les principaux fabricants.
Oh, et encore une chose : si vous avez besoin de batteries MAINTENANT et que vous voulez quelque chose entre le lithium-ion ordinaire et le rêve-à l'état solide ? Examinerbatteries au lithium polymère. Ils ne sont pas à l'état solide-mais bien plus sûrs que les batteries lithium-ion standard, ne fuient pas et vous pouvez les obtenir dès aujourd'hui. Utilisé dans des tonnes de trucs RC et certains téléphones. Pas révolutionnaire mais réellement disponible mdr.
