SAN JOSE, Californie – Pendant des années, les scientifiques des laboratoires de la Silicon Valley à Boston ont recherché une potion insaisissable de produits chimiques, de minéraux et de métaux qui permettrait aux véhicules électriques de se recharger en quelques minutes et de parcourir des centaines de kilomètres entre les charges, le tout pour un coût beaucoup plus bas que les batteries disponibles actuellement.
Aujourd’hui, quelques-uns de ces scientifiques et les entreprises qu’ils ont fondées approchent d’une étape importante. Ils construisent des usines pour produire des cellules de batterie de nouvelle génération, permettant aux constructeurs automobiles de commencer à tester les technologies sur route et de déterminer si elles sont sûres et fiables.
Les opérations de l’usine sont pour la plupart à échelle limitée, conçues pour perfectionner les techniques de fabrication. Il faudra plusieurs années avant que les voitures équipées de batteries hautes performances n’apparaissent dans les salles d’exposition, et encore plus longtemps avant que les batteries ne soient disponibles dans les voitures à prix modéré. Mais le début de la production à la chaîne offre la perspective alléchante d’une révolution de la mobilité électrique.
Si les technologies peuvent être produites en masse, les véhicules électriques pourraient concurrencer les véhicules à carburant fossile pour la commodité et les réduire sur le prix. Les émissions nocives du trafic automobile pourraient être considérablement réduites. Les inventeurs des technologies pourraient facilement devenir milliardaires, s’ils ne le sont pas déjà.
Pour les dizaines d’entreprises naissantes travaillant sur de nouveaux types de batteries et de matériaux de batterie, l’émergence des laboratoires cloîtrés dans les conditions difficiles du monde réel est un moment de vérité.
Produire des cellules de batterie par millions dans une usine est beaucoup plus difficile que d’en fabriquer quelques centaines dans une salle blanche, un espace conçu pour minimiser les contaminants.
“Ce n’est pas parce que vous avez un matériau qui a le droit de fonctionner que vous pouvez le faire fonctionner”, a déclaré Jagdeep Singh, fondateur et directeur général de QuantumScape, un fabricant de batteries à San Jose, en Californie, au cœur de Silicon Valley. “Vous devez trouver comment le fabriquer d’une manière sans défaut et avec une uniformité suffisamment élevée.”
Ajoutant au risque, la chute des actions technologiques a dépouillé des milliards de dollars de valeur des sociétés de batteries cotées en bourse. Il ne leur sera pas aussi facile de réunir les fonds dont ils ont besoin pour construire des opérations de fabrication et payer leur personnel. La plupart ont peu ou pas de revenus parce qu’ils n’ont pas encore commencé à vendre un produit.
Une année critique pour les véhicules électriques
Alors que le marché automobile global stagne, la popularité des voitures à batterie monte en flèche dans le monde entier.
QuantumScape valait 54 milliards de dollars en bourse peu de temps après son introduction en bourse en 2020. Il valait récemment environ 4 milliards de dollars.
Cela n’a pas empêché l’entreprise d’aller de l’avant avec une usine à San Jose qui, d’ici 2024, si tout se passe bien, commencera à produire des cellules à vendre. Les constructeurs automobiles utiliseront la sortie de l’usine pour tester si les batteries peuvent résister aux routes accidentées, aux vagues de froid, aux vagues de chaleur et aux lave-autos.
Les constructeurs automobiles voudront également savoir si les batteries peuvent être rechargées des centaines de fois sans perdre leur capacité à stocker de l’électricité, si elles peuvent survivre à un accident sans s’enflammer et si elles peuvent être fabriquées à moindre coût.
Il n’est pas certain que toutes les nouvelles technologies tiennent les promesses de leurs inventeurs. Des temps de charge plus courts et une autonomie plus longue peuvent se faire au détriment de la durée de vie de la batterie, a déclaré David Deak, un ancien cadre de Tesla qui est maintenant consultant sur les matériaux de la batterie. “La plupart de ces nouveaux concepts de matériaux apportent d’énormes mesures de performance mais compromettent autre chose”, a déclaré M. Deak.
Pourtant, avec le soutien de Volkswagen, Bill Gates et d’un who’s who des personnalités de la Silicon Valley, QuantumScape illustre à quel point la confiance et l’argent ont été placés dans les entreprises qui prétendent être en mesure de répondre à toutes ces exigences.
M. Singh, qui a précédemment lancé une entreprise qui fabriquait des équipements de télécommunications, a fondé QuantumScape en 2010 après avoir acheté un Roadster, le premier véhicule de production de Tesla. Malgré le manque de fiabilité notoire du Roadster, M. Singh est devenu convaincu que les voitures électriques étaient l’avenir.
“C’était suffisant pour donner un aperçu de ce qui pourrait être”, a-t-il déclaré. La clé, a-t-il réalisé, était une batterie capable de stocker plus d’énergie, et “la seule façon d’y parvenir est de rechercher une nouvelle chimie, une percée chimique”.
M. Singh a fait équipe avec Fritz Prinz, professeur à l’Université de Stanford, et Tim Holme, chercheur à Stanford. John Doerr, célèbre pour avoir été parmi les premiers investisseurs de Google et d’Amazon, a fourni des fonds de démarrage. JB Straubel, co-fondateur de Tesla, a été un autre partisan de la première heure et est membre du conseil d’administration de QuantumScape.
Après des années d’expérimentation, QuantumScape a développé un matériau céramique – sa composition exacte est un secret – qui sépare les extrémités positives et négatives des batteries, permettant aux ions de circuler d’avant en arrière tout en évitant les courts-circuits. La technologie permet de substituer un matériau solide à l’électrolyte liquide qui transporte l’énergie entre les pôles positif et négatif d’une batterie, lui permettant de stocker plus d’énergie par livre.
“Nous avons passé environ les cinq premières années à rechercher un matériau qui pourrait fonctionner”, a déclaré M. Singh. “Et après avoir pensé en avoir trouvé un, nous avons passé environ cinq ans à travailler sur la façon de le fabriquer de la bonne manière.”
Bien qu’il s’agisse techniquement d’une chaîne de montage “pré-pilote”, l’usine QuantumScape de San Jose est presque aussi grande que quatre terrains de football. Récemment, des rangées de cabines vides avec des chaises pivotantes noires attendaient de nouveaux employés, et des machines se trouvaient sur des palettes prêtes à être installées.
Dans des laboratoires de la Silicon Valley et d’ailleurs, des dizaines, voire des centaines d’autres entrepreneurs poursuivent un objectif technologique similaire, en s’appuyant sur le lien entre le capital-risque et la recherche universitaire qui a alimenté la croissance des industries des semi-conducteurs et des logiciels.
Un autre nom important est SES AI, fondé en 2012 sur la base d’une technologie développée au Massachusetts Institute of Technology. SES bénéficie du soutien de General Motors, Hyundai, Honda, des constructeurs automobiles chinois Geely et SAIC, et du fabricant de batteries sud-coréen SK Innovation. En mars, SES, basée à Woburn, Mass., a ouvert une usine à Shanghai qui produit des cellules prototypes. La société prévoit de commencer à approvisionner les constructeurs automobiles en gros volumes en 2025.
Les actions de SES ont également plongé, mais Qichao Hu, le directeur général et co-fondateur, a déclaré qu’il n’était pas inquiet. “C’est une bonne chose,” dit-il. « Quand le marché est mauvais, seuls les bons survivent. Cela aidera l’industrie à se réinitialiser.
SES et d’autres sociétés de batteries affirment avoir résolu les obstacles scientifiques fondamentaux nécessaires pour fabriquer des cellules qui seront plus sûres, moins chères et plus puissantes. Maintenant, il s’agit de trouver comment les produire par millions.
“Nous sommes convaincus que les défis restants sont de nature technique”, a déclaré Doug Campbell, directeur général de Solid Power, un fabricant de batteries soutenu par Ford Motor et BMW. Solid Power, basée à Louisville, Colorado, a déclaré en juin qu’elle avait installé une ligne de production pilote qui commencerait à fournir des cellules à des fins de test à ses partenaires automobiles d’ici la fin de l’année.
Indirectement, Tesla a engendré de nombreuses start-ups de la Silicon Valley. L’entreprise a formé une génération d’experts en batteries, dont beaucoup sont partis et sont allés travailler pour d’autres entreprises.
Gene Berdichevsky, directeur général et cofondateur de Sila à Alameda, en Californie, est un vétéran de Tesla. M. Berdichevsky est né en Union soviétique et a émigré aux États-Unis avec ses parents, tous deux ingénieurs électriciens sur sous-marins nucléaires, à l’âge de 9 ans. Il a obtenu une licence et une maîtrise à Stanford, puis est devenu le septième employé de Tesla, où il a aidé à développer la batterie du Roadster.
Tesla a effectivement créé l’industrie des batteries de véhicules électriques en prouvant que les gens achèteraient des véhicules électriques et en forçant les constructeurs automobiles traditionnels à compter avec la technologie, a déclaré M. Berdichevsky. “C’est ce qui va rendre le monde électrique”, a-t-il déclaré, “tout le monde est en compétition pour fabriquer une meilleure voiture électrique.”
Sila appartient à un groupe de start-ups qui ont développé des matériaux qui améliorent considérablement les performances des conceptions de batteries existantes, augmentant l’autonomie de 20 % ou plus. D’autres incluent Group14 Technologies à Woodinville, Washington, près de Seattle, qui bénéficie du soutien de Porsche, et OneD Battery Sciences à Palo Alto, en Californie.
Tous les trois ont trouvé des moyens d’utiliser le silicium pour stocker l’électricité à l’intérieur des batteries, plutôt que le graphite qui prévaut dans les conceptions existantes. Le silicium peut contenir beaucoup plus d’énergie par livre que le graphite, ce qui permet aux batteries d’être plus légères et moins chères et de se recharger plus rapidement. Le silicium réduirait également la dépendance des États-Unis vis-à-vis du graphite raffiné en Chine.
L’inconvénient du silicium est qu’il gonfle jusqu’à trois fois sa taille lorsqu’il est chargé, ce qui peut solliciter tellement les composants que la batterie tomberait en panne. Des gens comme Yimin Zhu, le directeur de la technologie d’OneD, ont passé une décennie à cuire différents mélanges dans des laboratoires bondés d’équipements, à la recherche de moyens de surmonter ce problème.
Aujourd’hui, Sila, OneD et Group14 sont à divers stades d’accélération de la production sur des sites de l’État de Washington.
En mai, Sila a annoncé un accord pour fournir son matériau en silicone à Mercedes-Benz à partir d’une usine de Moses Lake, Washington. Mercedes prévoit d’utiliser le matériau dans des véhicules utilitaires sport de luxe à partir de 2025.
Porsche a annoncé son intention d’utiliser le matériau en silicone de Group14 d’ici 2024, mais dans un nombre limité de véhicules. Rick Luebbe, directeur général de Group14, a déclaré qu’un grand fabricant déploierait la technologie de l’entreprise – qui, selon lui, permettrait à une voiture de se recharger en 10 minutes – l’année prochaine.
“A ce stade, tous les avantages des véhicules électriques sont accessibles sans aucun inconvénient”, a déclaré M. Luebbe.
La demande de batteries est si forte qu’il y a beaucoup de place pour que plusieurs entreprises réussissent. Mais avec des dizaines, voire des centaines d’autres entreprises à la recherche d’une part d’un marché qui vaudra 1 000 milliards de dollars une fois que toutes les nouvelles voitures seront électriques, il y aura sûrement des échecs.
“Avec chaque nouvelle industrie transformationnelle, vous commencez avec beaucoup d’acteurs et cela se réduit”, a déclaré M. Luebbe. “Nous verrons cela ici.”
