Batteries au graphène : une révolution pour la voiture électrique ?

Coeur des véhicules électriques, la batterie est en constante évolution. L’une des prochaines étapes pourrait toutefois carrément bouleverser ce marché en devenir. Mais les batteries au graphène vont-elles vraiment tenir toutes leurs promesses ?

La voiture électrique de plus en plus réelle

Il y a une décennie seulement, rouler en véhicule électrique ressemblait à de la science-fiction pour la plupart des automobilistes. Nous étions alors en 2011 et seulement 2 630 voitures particulières zéro émissions avaient été immatriculées durant l’année, soit 0,12 % de part de marché. Il fallut atteindre 2016 pour que cette technologie atteigne 1% des ventes de voitures neuves. Le véritable basculement est toutefois intervenu l’année dernière. En effet, en 2020, 6,4% des voitures immatriculées pour la première fois dans l’Hexagone étaient électriques, soit une part de marché plus que triplée par rapport à 2019, où elles n’emportaient alors que 1,9% des suffrages. La progression se poursuit toujours avec, sur la période allant du 1^er janvier au 30 septembre de cette année, environ 8% de part de marché.

Ce décollage tient, évidemment, beaucoup à l’offre. En 2011, seul Renault proposait un modèle « grand public », la Fluence Z.E. Désormais, toutes les grandes marques proposent un ou plusieurs modèles électriques : Peugeot e-208 et e-2008, Renault Zoé, la famille e-tron d’Audi, les i de BMW, les Mercedes EQ, les Volkswagen ID… Presque tous les segments sont couverts, de la mini-citadine à la limousine.

Les progrès technologiques ont également largement aidé les électriques. En 2011, une Renault Fluence Z.E. annonçait, selon le cycle NEDC, une autonomie de 185 km. Aujourd’hui, une Zoé promet plus de 400 km selon le cycle WLTP, bien plus exigeant que le défunt NEDC. Et certains modèles sont même capables de dépasser les 500 km entre deux charges. Des charges qui se font de plus en plus rapidement. Par exemple, la nouvelle Kia EV6 peut passer de 10% à 80% de charge, ce qui permet de gagner 300 km d’autonomie environ, en 18 minutes. A condition, toutefois, de trouver la borne adéquate. Pour certains, devoir s’arrêter tous les 200 km lors d’un trajet autoroutier et attendre 15 à 30 minutes avant de récupérer suffisamment d’énergie pour atteindre la prochaine borne reste toutefois inconcevable. Mais les ingénieurs, notamment français, n’ont pas dit leur dernier mot.

Le graphène, c’est quoi ?

Alors que les batteries automobiles actuelles, tout comme celles de la quasi-totalité de nos objets du quotidien, ont massivement recours à des métaux rares, dont l’exploitation est souvent extrêmement polluante, le graphène, qui ne remplace toutefois pas totalement le lithium, est un matériau qu’il est relativement facile d’obtenir en abondance. En effet, il est extrait du graphite, qui est lui-même un dérivé du carbone. S’il est aujourd’hui l’objet de nombreuses recherches, c’est principalement parce qu’il permettrait des temps de recharge largement inférieurs à ceux des accumulateurs lithium-ion, de loin les plus utilisés actuellement dans le monde, tout en offrant une meilleure résistance à l’usure, donc une durée de vie plus conséquente, et s’avère plus sûr. Comme toute nouvelle technologie, c’est aujourd’hui le coût de production du graphène qui représente le principal obstacle à vaincre. Mais toutes les entreprises qui travaillent sur cette technologie sont confiantes sur leur capacité à en baisser drastiquement le coût de revient lorsque la production de masse débutera.

Synthétisé pour la première fois en 2004 (ce qui a valu à son « découvreur », Andre Geim, le Prix Nobel de physique 2010), le graphène est, depuis, considéré comme l’un des matériaux du futur. Mais ce futur pourrait être très proche. Certains fabricants de smartphones seraient ainsi capables de mettre de telles batteries sur le marché dès l’année prochaine. En novembre 2017, Samsung a déposé un brevet pour une batterie au graphène capable de stocker deux fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion actuelles et capable de se recharger 5 fois plus rapidement (les électrons peuvent s’y déplacer jusqu’à 150 fois plus vite que dans le silicium). De plus, le graphène permettrait, par sa flexibilité (une couche de graphène est un million de fois plus fine qu’une feuille de papier, ce qui fait qu’il est considéré comme un matériau à deux dimensions), permettra probablement d’opter pour des packs de batterie qui n’auront plus autant de conséquence sur le design des voitures électriques.

Quels sont ses avantages ?

En dehors d’une baisse espérée des coûts de production, qui pourrait, selon certains spécialistes, faire baisser drastiquement le coût du kWh par rapport aux batteries actuelles, le graphène offre de nombreux avantages techniques. A commencer par sa capacité accélérée de recharge.

Parmi les tests déjà effectués, celui réalisé par Aion, marque issue du groupe automobile chinois GAC, il y a quelques mois a de quoi faire taire les détracteurs de la voiture électrique. Lors de cette démonstration, la puissance de charge atteinte a été de 481 kW, à rapporter aux meilleurs temps de charge des véhicules électriques actuellement commercialisés, qui atteignent tout juste la moitié de ce chiffre. Pour vous donner un autre ordre d’idée, sachez que les voitures électriques qui se vendent le plus dans notre pays offrent des puissances de charges maximales oscillant entre 50 et 125 kW !

Concrètement, lors du test réalisé par Aion, la batterie a pu récupérer 35,1 kWh, soit de quoi réaliser, en moyenne, 200 km, en 4 minutes seulement. Cette technologie doit passer au stade de la série d’ici à la fin de cette année, sous le capot du GAC Aion V, un SUV compact au gabarit proche de celui d’un Peugeot 5008. Ce modèle promet moins de 8 minutes pour passer de 0% à 80% de charge et 1 000 km d’autonomie. Si ce chiffre est, à priori, calculé selon les protocoles chinois, plus optimistes que ceux utilisés en Europe et en Amérique du nord, on peut tout de même espérer, à minima, 600 km d’autonomie réelle, ce qui ferait de ce modèle un concurrent très crédibles aux véhicules thermiques.

Seul hic, pour atteindre de telles puissances de charge, il faut des bornes bien plus puissantes que celles que nous trouvons actuellement sur notre continent. En effet, le réseau Ionity, le plus avancé en la matière, promet un maximum de 350 kW. Reste à savoir combien vaudra cette version révolutionnaire, sachant que le haut de gamme actuel de la gamme GAC Aion V, doté de batteries lithium-ion et qui promet 600 km d’autonomie, s’affiche aux environs de 35 000 €… sur le marché chinois. En Europe, il faudra certainement attendre 2025 pour voir le premier modèle de série embarquant ces fameuses batteries au graphène. Et, en toute logique, il devrait s’agir d’un véhicule très haut de gamme. Mais une démocratisation de cette technologie est envisageable dès 2030.