La nouvelle batterie tout solide de QuantumScape a tenu 1 000 cycles, mais sa plus grande réussite réside ailleurs

Une batterie tout solide sans électrolyte liquide

Osprey associe le séparateur céramique de l’entreprise, une conception sans anode et une cathode intégrant un électrolyte solide à base de sulfures.

Contrairement à la précédente plateforme QSE, la nouvelle conception n’utilise pas d’électrolyte liquide dans la cathode. Osprey est donc une cellule de batterie tout solide.

La conception sans anode signifie qu’il n’y a pas d’anode distincte en lithium métallique lors de la fabrication de la batterie. À la première charge, du lithium métallique se dépose à la surface du séparateur céramique et forme la couche nécessaire au stockage de l’énergie.

Cette approche permet de réduire la quantité de matériaux utilisés et d’augmenter la densité énergétique. Toutefois, le dépôt irrégulier du lithium et le maintien du contact entre les matériaux solides restent des défis.

Les électrolytes à base de sulfures conduisent bien les ions lithium, mais de nombreuses conceptions existantes nécessitent une forte pression externe. La structure du pack de batteries s’en trouve alourdie et complexifiée.

1 000 cycles sans structure imposante de maintien en pression

QuantumScape a testé une cellule de batterie à deux couches dotée d’une cathode de 50 × 65 mm.

À 30 °C et sous une pression externe d’une atmosphère, la cellule a effectué 1 000 cycles complets de charge et de décharge. Le régime de charge et de décharge était de 1C, et la capacité surfacique de la cathode atteignait 5,5 mAh/cm².

À la fin de l’essai, la cellule conservait environ 80 % de sa capacité initiale.

À titre de comparaison, certaines batteries tout solide à base de sulfures nécessitent des pressions de plusieurs dizaines d’atmosphères. Dans un grand pack de batteries, cela se traduirait par un surcroît de poids important.

Le résultat obtenu avec Osprey montre une voie possible pour surmonter cette limite.

Il faut toutefois tenir compte de la taille de la cellule testée. Sa capacité était d’environ 0,3 à 0,4 Ah, contre environ 5 Ah pour la précédente cellule QSE-5 de QuantumScape.

L’entreprise a donc démontré que la technologie fonctionne dans une petite cellule de laboratoire, mais pas encore dans une batterie pour véhicule électrique adaptée à une production de masse.

Une recharge en cinq minutes à 80 °C

QuantumScape a également présenté d’autres résultats impressionnants.

Selon le fabricant, Osprey a permis de faire passer l’état de charge de la batterie de 10 à 80 % en cinq minutes. L’essai s’est toutefois déroulé à 80 °C, au-dessus de la température de fonctionnement normale d’une batterie de véhicule électrique classique.

L’entreprise a aussi démontré le fonctionnement de la batterie à −20 °C. Lors de cet essai, une petite cellule monocouche a conservé environ 68 % de la capacité mesurée à température ambiante. Le courant de décharge utilisé était relativement faible.

QuantumScape prévoit pour Osprey une densité énergétique pouvant atteindre 1 100 Wh/l. Cette valeur n’a toutefois pas encore été obtenue dans une cellule grand format achevée.

À titre de comparaison, la cellule d’essai QSE-5 de l’entreprise présente une densité énergétique volumique d’environ 844 Wh/l.

Pour évaluer les résultats d’Osprey, il faut donc distinguer trois éléments : l’endurance mesurée, la vitesse de charge obtenue dans des conditions particulières et la densité énergétique future estimée.

Le partenariat avec Volkswagen, un atout pour QuantumScape

PowerCo, la filiale du groupe Volkswagen spécialisée dans les batteries, compte parmi les principaux partenaires de QuantumScape.

Ce partenariat vise à porter la technologie de batterie tout solide de l’entreprise à une production à grande échelle. QuantumScape développe également la plateforme QSE-5 et se prépare à concéder des licences sur sa technologie à d’autres fabricants de batteries.

Osprey ouvre une autre possibilité commerciale. Les partenaires peuvent utiliser le séparateur céramique de QuantumScape avec leurs propres cathodes à base de sulfures sans devoir revoir toute la chimie de la batterie.

QuantumScape pourrait ainsi jouer un rôle plus important de fournisseur de technologie, et non plus seulement de développeur de cellules de batterie.

La concurrence est toutefois vive. Toyota, Samsung SDI, BYD et plusieurs autres entreprises développent également des batteries tout solide. Leur principal défi n’est plus simplement d’atteindre une densité énergétique élevée, mais d’assurer une production de masse stable et économiquement viable.

Pour les véhicules électriques, la production à grande échelle sera décisive

Une batterie tout solide nécessitant moins de pression pourrait offrir des avantages importants à l’industrie automobile européenne.

Si un pack de batteries n’a pas besoin d’un mécanisme de maintien en pression volumineux, le poids de sa structure peut être réduit et de la place libérée pour des cellules supplémentaires. Cela pourrait améliorer à la fois l’autonomie et la densité énergétique.

Mais 1 000 cycles de charge ne suffisent pas à eux seuls. Les constructeurs automobiles ont besoin de données démontrant l’endurance, la sécurité, les performances en recharge rapide et la fiabilité des cellules grand format à différentes températures.

QuantumScape n’a pas encore annoncé quand débutera la production de masse d’Osprey.

La principale avancée d’Osprey n’est donc pas d’avoir conservé 80 % de sa capacité après 1 000 cycles, mais d’avoir obtenu ce résultat sous une faible pression externe. Si l’entreprise parvient à conserver cette caractéristique dans des cellules de plus grande taille, elle pourrait lever un obstacle majeur à l’intégration des batteries tout solide dans les véhicules électriques.

Pour l’heure, il s’agit d’un résultat de laboratoire prometteur, qui nécessitera encore un travail de développement considérable avant de devenir un produit industriel compétitif.