L'histoire suivante est la première d'une série en deux parties et examine les limites de l'innovation dans le domaine des batteries lithium-ion. La deuxième partie de la série dévoilera l'avenir de la chimie des batteries au cours de la décennie à venir..
Les batteries lithium-ion grand public, qui sont désormais à l'origine d'un marché en expansion rapide pour les véhicules électriques, étaient une proposition coûteuse il y a à peine dix ans. Les batteries au lithium-ion coûtaient 1 183 dollars américains le kilowattheure en 2010 ; neuf ans plus tard, le prix avait presque décuplé pour atteindre 156 dollars américains/kWh en 2019, selon les données de BloombergNEF.
Le rythme de la baisse des coûts a pris au dépourvu les experts en batteries, notamment l'analyste James Frith, responsable du stockage d'énergie chez BloombergNEF. "Ils ont diminué plus rapidement que je ne l'avais prévu chaque année", a déclaré Frith. "C'est certainement surprenant."
Rebecca Ciez, chercheuse postdoctorale au Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement de l'Université de Princeton, qui étudie les coûts des batteries, est d'accord. "La baisse la plus récente est assez spectaculaire", a déclaré Ciez. "Il est surprenant de voir à quel point le marché a évolué si rapidement."
Les experts ont souligné la dynamique d'expansion de la production comme raison de la baisse des prix ainsi que l'innovation progressive dans la chimie des batteries. Les fabricants ont abandonné certains ingrédients de batterie plus coûteux, tels que le cobalt, à mesure qu'ils développent des modèles de batteries à forte teneur en nickel, dont la production est devenue moins chère à mesure que les usines se développent.
Ciez a noté qu'il y a dix ans, le marché des véhicules électriques était tout juste sous pression pour construire des voitures et des camions dans des endroits où les émissions de carbone commençaient à être réglementées, comme en Californie. "Il y avait donc ces voitures conformes où les constructeurs disaient : 'OK, nous devons rendre ce [Toyota] RAV4 électrique'", a déclaré Ciez, en prenant comme exemple une voiture alimentée par des combustibles fossiles. "Et donc ils se contentaient de rassembler un tas de batteries d'ordinateurs portables facilement disponibles."
Depuis lors, le secteur des batteries a fait d’énormes progrès dans la réduction des coûts, en modifiant les matériaux des batteries pour utiliser des métaux moins chers et moins douteux sur le plan éthique, tout en réalisant des économies d’échelle.
100 $ US/kWh, c'est le Saint Graal
Les constructeurs se rapprochent du point où les véhicules électriques atteindront la parité de prix avec leurs cousins alimentés aux combustibles fossiles, soit environ 100 dollars américains/kWh, voire un peu moins, selon les experts. Ce prix est largement considéré comme un tournant dans le secteur, où les consommateurs ne considéreront plus les véhicules électriques comme des options plus coûteuses.
BloombergNEF prévoit que les coûts des batteries tomberont en dessous de 100 $ US/kWh en 2024 et atteindront environ 60 $ US/kWh d'ici 2030, a déclaré Frith. De même, les analystes de Bernstein prévoient que 2024 sera l’année où les véhicules électriques grand public atteindront la parité de prix avec les véhicules à essence et diesel, tandis que les leaders du secteur des véhicules électriques pourraient atteindre le même point d’ici 2022 ou 2023.
Même si cela sera possible sans innovations majeures dans les batteries lithium-ion, la technologie lithium-ion mature approche rapidement des limites de ses possibilités d'amélioration, ont déclaré des experts à S&P Global Market Intelligence. Un chimiste spécialisé dans les batteries, un scientifique de premier plan dans le domaine des batteries lithium-ion qui a mené des recherches pour un important constructeur de véhicules électriques qui dépendent de cette technologie, a déclaré que les batteries lithium-ion ont commencé à atteindre leur maximum sur certains fronts tels que le prix, la densité énergétique et la vitesse de charge. .
"Il n'y a pas d'augmentation géante à venir", a déclaré le chimiste. De son point de vue, des améliorations progressives pourraient suffire à satisfaire les consommateurs, alors que les révolutions en matière de batteries issues de technologies non éprouvées resteront dans plusieurs années.
"Aujourd'hui, on peut très bien s'en sortir avec les batteries lithium-ion", a-t-il déclaré. "Et en contribuant à réduire les coûts, cela va améliorer la pénétration du marché de l'ensemble de la technologie."
Venkat Viswanathan, professeur agrégé au Département de génie mécanique de l'Université Carnegie Mellon, reconnaît que la technologie approche de ses limites. Il s'attend à ce que les prix des batteries lithium-ion puissent encore baisser d'environ 20 à 30 %, mais qu'ils ne deviendront probablement pas beaucoup moins chers.
"Nous approchons rapidement des limites des coûts des matières premières", a déclaré Viswanathan.