Nissan est l’un des nombreux constructeurs automobiles qui considèrent la technologie des batteries à semi-conducteurs comme un potentiel révolutionnaire pour les véhicules électriques au cours de la prochaine décennie. En interne, il prévoit à la fois de perfectionner le développement de cellules de batterie entièrement solides (ASSB) et d’établir comment les fabriquer, la technologie devant en faire un véhicule électrique de production d’ici 2028.

Si tout se passe bien, Nissan souhaite s’appuyer sur cette technologie afin que davantage de types de véhicules, en particulier les SUV, les camionnettes et les fourgonnettes, aient du sens sous une forme entièrement électrique d’ici la fin de la décennie.

Cela semble être l’essentiel du concept Hyper Tourer présenté par Nissan au salon de l’auto de Tokyo la semaine dernière, suggérant une batterie à semi-conducteurs très fine et plate sous le plancher, permettant une croisière longue distance sans le compromis de l’emballage.

Concept Nissan Hyper Tourer

Concept Nissan Hyper Tourer

Concept Nissan Hyper Tourer

Par rapport à la technologie actuelle des cellules lithium-ion dans les véhicules électriques, Nissan vise à doubler efficacement la densité énergétique au niveau du pack, tout en réduisant de deux tiers le temps de charge rapide.

Dans le même temps, les compositions chimiques lithium-ion et d’autres types de batteries évoluent et s’améliorent. Lors d’une table ronde la semaine dernière au salon de l’auto de Tokyo, Kazuhiro Doi, responsable mondial de la R&D chez Nissan, a déclaré à Green Car Reports que la technologie des cellules à semi-conducteurs ne peut pas simplement être une amélioration progressive par rapport au lithium-ion.

Pour atteindre ces objectifs, a souligné Doi, il faudra idéalement ne procéder à aucun refroidissement.

L’état solide chauffe et ce n’est pas grave

« Dans le cas de l’ASSB, nous pouvons peut-être éliminer le refroidissement », a-t-il déclaré, soulignant qu’il n’est pas encore fixé sur la conception finale, mais que l’objectif est de l’éviter complètement.

Comme Doi l’a confirmé à certains sourcils haussés et vérifié à Green Car Reports, cela signifie pas de refroidissement par eau, pas de refroidissement à air pulsé, et même pas de refroidissement passif – certainement différent de ce que certains constructeurs automobiles ont suggéré.

Nissan Leaf 2011 – batterie en coupe

C’est un sujet un peu chargé. Nissan a sous-estimé les besoins de refroidissement des cellules de batterie d’origine utilisées dans la Nissan Leaf, qui se dégradaient rapidement dans les climats chauds lorsqu’elles étaient garées sur un toit chaud ou chargées rapidement trop fréquemment. Un changement ultérieur dans la chimie de la batterie en 2015 a permis de résoudre ce problème, et depuis lors, la dégradation de la batterie Leaf s’est bien améliorée.

Se débarrasser du système de refroidissement par eau encombrant des autres véhicules électriques modernes était un objectif des ingénieurs de développement. Mercedes a envisagé le refroidissement par air dans son récent concept EQXX, préfigurant sa nouvelle génération de véhicules électriques – toujours dotés de cellules lithium-ion – et a finalement décidé de ne pas le faire.

Mais Nissan a déjà plus d’expérience pratique avec cette technologie, et la raison pour laquelle les ASSB ne sont pas refroidis est simple : il est normal qu’elles deviennent beaucoup plus chaudes que ce qui serait considéré comme normal pour d’autres batteries de véhicules électriques, et les cellules ont une large autonomie. point idéal de température – de la température ambiante jusqu’à 100 degrés C ou 212 degrés F.

Pour conserver son avantage sur les produits chimiques lithium-ion et que tout le développement en vaille la peine, Nissan devra alors disposer d’un produit supérieur qui ne dépendra pas du refroidissement, a encore souligné Doi.

Pour la plupart des cellules lithium-ion, le seuil de température est d’environ 60 °C ou 140 °F, et les temps de charge rapides sont limités pour empêcher la température des cellules d’approcher cette température. Sans trop se soucier de la température, les cellules à semi-conducteurs de Nissan pourraient être capables de se charger à près de 100 % en 15 minutes environ.

Concepts Nissan Surf-Out, Max-Out et Hang-Out

Nissan voit l’état solide devenir un grand premier

L’état solide pourrait être applicable à tous les types de véhicules. Tandis que certaines entreprises – Toyota, par exemple – ont laissé entendre que les cellules à semi-conducteurs pourraient d’abord apparaître dans les hybrides. Nissan estime qu’un type de modèle est plus logique en donnant la priorité aux véhicules à semi-conducteurs : les gros véhicules à longue autonomie et entièrement électriques.

Doi a expliqué que les camions, les fourgonnettes et les SUV nécessitent beaucoup plus d’énergie, « mais si nous l’utilisons aujourd’hui avec la technologie des batteries lithium-ion, la taille est énorme ». Supprimer le système de refroidissement de l’équation signifierait un emballage plus petit et beaucoup moins de complexité pour la batterie, ce qui lui permettrait de libérer de l’espace pour des véhicules plus spacieux ou, potentiellement, pour plus d’autonomie et moins de masse.

GMC Hummer EV 2022

Jongler entre puissance, sécurité et durée de vie

Cette fois-ci, Nissan doit définir dès le départ la composition de la batterie, et il reste encore des obstacles à surmonter en matière de longévité. Dans une situation de laboratoire avec des cellules de test à grande échelle, on observe environ 200 cycles, ce qui n’est pas encore suffisant pour un véhicule électrique de production.

Après avoir d’abord travaillé en laboratoire avec des cellules monocouches de seulement 2 cm de diamètre, Nissan prévoit toujours d’établir une ligne pilote pour des cellules d’environ 10 cm de diamètre en 2024. La cellule de production réelle sera « beaucoup plus grande » que cela, a déclaré Doi. Nissan prévoit de fabriquer des cellules de plus grand format dans l’usine pilote, afin de déterminer la taille de l’usine dont elle pourrait avoir besoin pour accélérer la production.

Comme Doi l’avait déjà dit, Nissan intègre ses propres tests de perçage de clous et d’imagerie aux rayons X dans ses études sur les cellules à semi-conducteurs, qui seront soumises à des tests rigoureux de sécurité et de durabilité. La Nissan Leaf n’a connu aucun cas d’incendie ou d’emballement thermique, et elle construit ces nouvelles cellules avec les mêmes priorités de sécurité.

Production d’un prototype de batterie à semi-conducteurs Nissan

La technologie à semi-conducteurs de Nissan bénéficie d’un partenariat avec la NASA et l’UC San Diego dans lequel les techniques d’IA ont permis de choisir la meilleure couche intermédiaire pour empêcher la croissance de dendrites de lithium qui pourraient éventuellement se briser, court-circuitant les cellules. L’électrolyte à haute conductivité ionique a été choisi pour sa stabilité, tandis que l’anode est pour son potentiel de puissance élevé.

Mais il n’a pas encore peaufiné les cellules et n’est pas encore en mesure de donner des spécifications à leur sujet. Les performances des cellules ne sont pas seulement déterminées par la chimie, mais aussi par les couches cathodiques et anodiques, a expliqué Doi. Une cathode plus épaisse produira une plus grande densité d’énergie mais gênera également les taux de charge. “Nous devons d’abord corriger la chimie, et une fois la chimie corrigée, nous pouvons estimer les performances par cellule”, a-t-il déclaré.

Nissan ASSB contre lithium-ion

Évolution de la technologie des semi-conducteurs

Doi a également souligné qu’il y aurait de nombreuses évolutions dans la chimie. L’ajout de nickel pour la densité énergétique et l’autonomie dans les cellules lithium-ion en est un exemple, a-t-il déclaré, et le même genre de chose se produira pour l’état solide.

Mis à part l’ASSB, les produits chimiques à haute teneur en manganèse et à base de soufre constituent le deuxième meilleur espoir, dit Doi. “Ensuite, nous pouvons utiliser cela même pour les petites voitures. Je pense que le potentiel est très attractif”, a-t-il déclaré.

Nissan vise un coût de seulement 75 dollars par kWh pour les cellules à semi-conducteurs, ce qui pourrait le mettre à égalité avec le lithium-ion à la fin de la décennie. S’il peut utiliser l’ASSB pour des véhicules plus gros, l’idéal pour les véhicules électriques plus petits pourrait être une combinaison de ces produits chimiques avec l’état solide – une solution encore moins coûteuse et moins gourmande en ressources, sans les défis du cycle de vie. Le refroidissement d’une telle combinaison reste cependant à déterminer.